論文の概要: Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.14506v2
• Date: Mon, 10 Feb 2025 12:06:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-11 14:24:18.670797
• Title: Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems
• Title（参考訳）: フェルミオン系の効率的な量子冷却アルゴリズム
• Authors: Lucas Marti, Refik Mansuroglu, Michael J. Hartmann,
• Abstract要約: フェルミオンハミルトニアンの基底状態調製のための冷却アルゴリズムを提案する。 自由理論のはしご作用素に由来する適切な相互作用ハミルトニアンを導出する。 このアルゴリズムを一般化して熱状態を作成し,Fermi-Hubbardモデルで得られた知見を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We present a cooling algorithm for ground state preparation of fermionic Hamiltonians. Our algorithm makes use of the Hamiltonian simulation of the considered system coupled to an ancillary fridge, which is regularly reset to its known ground state. We derive suitable interaction Hamiltonians that originate from ladder operators of the free theory and initiate resonant gaps between system and fridge. We further propose a spectroscopic scan to find the relevant eigenenergies of the system using energy measurements on the fridge. With these insights, we design a ground state cooling algorithm for fermionic systems that is efficient, i.e. its runtime is polynomial in the system size, as long as the initial state is prepared in a low-energy sector of polynomial size. We achieve the latter via a pseudo-adiabatic sweep from a parameter regime whose ground state can be easily prepared. We estimate that our algorithm has a polynomial runtime for systems where the spectral gap decreases at most polynomially in system size, and is faster than the adiabatic algorithm for a large range of settings. We generalize the algorithm to prepare thermal states and demonstrate our findings on the Fermi-Hubbard model.
• Abstract（参考訳）: フェルミオンハミルトニアンの基底状態調製のための冷却アルゴリズムを提案する。 提案アルゴリズムは, 既知基底状態に定期的にリセットされるアシラリー冷蔵庫に結合したハミルトニアンシミュレーションを利用する。 我々は、自由理論のはしご作用素から派生した適切な相互作用ハミルトニアンを導出し、システムと冷蔵庫の間の共鳴ギャップを創出する。 さらに, 冷蔵庫のエネルギー測定を用いて, システムの関連エネルギーを求めるための分光走査法を提案する。 これらの知見により,初期状態が多項式サイズの低エネルギーセクターで作成される限り,その実行時間はシステムサイズにおける多項式である,という効率のよいフェルミオン系の基底状態冷却アルゴリズムを設計する。 本手法は, 基底状態を容易に作成可能なパラメータ構造から, 擬似断熱的スイープにより実現した。 提案アルゴリズムは, システムサイズにおいて, スペクトルギャップが最大で多項式的に減少するシステムに対して多項式ランタイムを持ち, 広範囲な設定において, 断熱アルゴリズムよりも高速である,と推定する。 このアルゴリズムを一般化して熱状態を作成し,Fermi-Hubbardモデルで得られた知見を実証する。

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