論文の概要: Low-Rank Variational Quantum Algorithm for the Dynamics of Open Quantum
Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.05908v1
- Date: Sat, 9 Mar 2024 13:23:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-13 11:54:21.166717
- Title: Low-Rank Variational Quantum Algorithm for the Dynamics of Open Quantum
Systems
- Title（参考訳）: オープン量子系のダイナミクスのための低ランク変分量子アルゴリズム
- Authors: Sara Santos, Xinyu Song and Vincenzo Savona
- Abstract要約: 変動量子アルゴリズムは、リンドブラッドマスター方程式によって支配される密度行列のリアルタイム進化をシミュレートするために開発された。
このアルゴリズムは、統計混合物の各純状態をパラメタライズド量子回路として符号化する。
2つの変分アンサーゼが提案され、その有効性は2次元散逸横場イジングモデルの力学シミュレーションにおいて評価される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5755004576310334
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The simulation of many-body open quantum systems is key to solving numerous
outstanding problems in physics, chemistry, material science, and in the
development of quantum technologies. Near-term quantum computers may bring
considerable advantage for the efficient simulation of their static and
dynamical properties, thanks to hybrid quantum-classical variational algorithms
to approximate the dynamics of the density matrix describing the quantum state
in terms of an ensemble average. Here, a variational quantum algorithm is
developed to simulate the real-time evolution of the density matrix governed by
the Lindblad master equation, under the assumption that the quantum state has a
bounded entropy along the dynamics, entailing a low-rank representation of its
density matrix. The algorithm encodes each pure state of the statistical
mixture as a parametrized quantum circuit, and the associated probabilities as
additional variational parameters stored classically, thereby requiring a
significantly lower number of qubits than algorithms where the full density
matrix is encoded in the quantum memory. Two variational Ans\"atze are
proposed, and their effectiveness is assessed in the simulation of the dynamics
of a 2D dissipative transverse field Ising model. The results underscore the
algorithm's efficiency in simulating the dynamics of open quantum systems in
the low-rank regime with limited quantum resources on a near-term quantum
device.
- Abstract（参考訳）: 多体開量子システムのシミュレーションは、物理学、化学、物質科学、量子技術の発展において多くの顕著な問題を解決する鍵となる。
量子コンピュータは、量子状態を記述する密度行列のダイナミクスをアンサンブル平均で近似するハイブリッド量子古典的変分アルゴリズムにより、それらの静的および動的特性の効率的なシミュレーションにかなりの利点をもたらすかもしれない。
ここでは、密度行列の低ランク表現を含む量子状態がダイナミクスに沿って有界エントロピーを持つという仮定の下で、lindblad master方程式によって制御される密度行列のリアルタイム進化をシミュレートする変分量子アルゴリズムを開発した。
このアルゴリズムは、統計混合物の各純状態をパラメトリズド量子回路としてエンコードし、関連する確率を古典的に記憶される追加の変動パラメータとして、量子メモリに全密度行列が符号化されるアルゴリズムよりもはるかに少ない量子ビット数を要求する。
2つの変分Ans\atzeを提案し、その効果を2次元散逸横場Isingモデルの動力学シミュレーションで評価した。
結果は、近距離量子デバイス上の限られた量子資源を持つ低ランク状態におけるオープン量子システムのダイナミクスをシミュレートするアルゴリズムの効率を強調する。
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