論文の概要: Simulating electronic structure on bosonic quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.10222v3
- Date: Thu, 17 Oct 2024 18:34:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-21 14:22:29.045909
- Title: Simulating electronic structure on bosonic quantum computers
- Title（参考訳）: ボゾン量子コンピュータにおける電子構造シミュレーション
- Authors: Rishab Dutta, Nam P. Vu, Chuzhi Xu, Ningyi Lyu, Alexander V. Soudackov, Xiaohan Dan, Haote Li, Chen Wang, Victor S. Batista,
- Abstract要約: 量子コンピューティングの最も有望な応用の1つは、多くのフェルミオン問題のシミュレーションである。
電子構造であるハミルトニアンは、量子ビット支援フェルミオン-クモドマッピングにより、量子モードの系に変換できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.884125235274865
- License:
- Abstract: Computations with quantum harmonic oscillators, or qumodes, represents a promising and rapidly evolving approach for quantum computing. Unlike qubits, which are two-level quantum systems, bosonic qumodes can have an infinite number of discrete levels, and can also be represented using continuous-variable bases. One of the most promising applications of quantum computing is the simulation of many-fermion problems, such as those encountered in molecular electronic structure calculations. In this work, we demonstrate how an electronic structure Hamiltonian can be transformed into a system of qumodes through qubit-assisted fermion-to-qumode mapping. After mapping the electronic structure Hamiltonian to a qubit Hamiltonian, we show how to represent it as a linear combination of bosonic gates, which can be universally controlled by qubits. We illustrate the potential of this mapping by applying it to the dihydrogen molecule, mapping the four-qubit Hamiltonian to a qubit-qumode system. The preparation of the trial qumode state and the computation of the expectation value are achieved by coupling the mapped qubit-qumode system with an ancilla qubit. This enables the formulation of bosonic variational quantum eigensolver (VQE) algorithms, such as those on hybrid qubit-qumode gates like echoed conditional displacement (ECD-VQE) or selective number-dependent arbitrary phase (SNAP-VQE), to determine the ground state of the dihydrogen molecule. In circuit quantum electrodynamics (cQED) hardware, these methods can be efficiently implemented using a microwave resonator coupled to two superconducting transmon qubits. We anticipate the reported work will pave the way for simulating many-fermion systems by leveraging the potential of hybrid qubit-qumode quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子調和振動子(qumodes)による計算は、量子コンピューティングにとって有望で急速に進化するアプローチである。
2レベル量子系である量子ビットとは異なり、ボソニック・クモッドは無限個の離散レベルを持つことができ、連続変数基底を用いて表すこともできる。
量子コンピューティングの最も有望な応用の1つは、分子電子構造計算で遭遇したような多くのフェルミオン問題のシミュレーションである。
本研究では,電子構造であるハミルトニアンを量子ビット支援フェルミオン-クモドマッピングにより量子モードの系に変換する方法を示す。
電子構造ハミルトニアンを立方体ハミルトニアンに写像した後、これをボゾンゲートの線型結合として表現する方法を示す。
これを二水素分子に応用し、四量子ハミルトニアンを量子モード系にマッピングすることで、このマッピングの可能性を説明する。
マッピングしたキュービット量子システムをアンシラ量子ビットに結合することにより、試行キューモード状態と期待値の計算を実現する。
これにより、エコー条件変位 (ECD-VQE) や選択数依存任意相 (SNAP-VQE) のようなハイブリッド量子軌道ゲート上のボゾン変量量子固有解法 (VQE) アルゴリズムを定式化し、二水素分子の基底状態を決定することができる。
回路量子力学(cQED)ハードウェアでは、2つの超伝導トランスモン量子ビットに結合したマイクロ波共振器を用いてこれらの手法を効率的に実装することができる。
我々は、この報告された研究が、ハイブリッド量子量子ビット量子デバイスの可能性を活用することで、多くのフェルミオンシステムのシミュレーションの道を開くことを期待する。
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