論文の概要: Simulation of open quantum systems on universal quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.20712v1
- Date: Fri, 31 May 2024 09:07:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-03 14:57:18.176465
- Title: Simulation of open quantum systems on universal quantum computers
- Title（参考訳）: 普遍量子コンピュータにおけるオープン量子システムのシミュレーション
- Authors: Huan-Yu Liu, Xiaoshui Lin, Zhao-Yun Chen, Cheng Xue, Tai-Ping Sun, Qing-Song Li, Xi-Ning Zhuang, Yun-Jie Wang, Yu-Chun Wu, Ming Gong, Guo-Ping Guo,
- Abstract要約: 量子コンピュータを用いてオープンな量子システムをシミュレートする,革新的でスケーラブルな手法を提案する。
共役密度行列を真の密度行列と定義し、混合ユニタリ量子チャネルに還元する。
正確な長時間シミュレーションも随伴密度行列として達成でき、真の散逸した行列は同じ状態に収束する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.876768787615179
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: The rapid development of quantum computers has enabled demonstrations of quantum advantages on various tasks. However, real quantum systems are always dissipative due to their inevitable interaction with the environment, and the resulting non-unitary dynamics make quantum simulation challenging with only unitary quantum gates. In this work, we present an innovative and scalable method to simulate open quantum systems using quantum computers. We define an adjoint density matrix as a counterpart of the true density matrix, which reduces to a mixed-unitary quantum channel and thus can be effectively sampled using quantum computers. This method has several benefits, including no need for auxiliary qubits and noteworthy scalability. Moreover, accurate long-time simulation can also be achieved as the adjoint density matrix and the true dissipated one converge to the same state. Finally, we present deployments of this theory in the dissipative quantum $XY$ model for the evolution of correlation and entropy with short-time dynamics and the disordered Heisenberg model for many-body localization with long-time dynamics. This work promotes the study of real-world many-body dynamics with quantum computers, highlighting the potential to demonstrate practical quantum advantages.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータの急速な発展は、様々なタスクにおける量子アドバンテージの実証を可能にした。
しかし、実際の量子系は常に環境との必然的な相互作用のために散逸し、結果として生じる非ユニタリなダイナミクスは、ユニタリな量子ゲートだけで量子シミュレーションを困難にしている。
本研究では,量子コンピュータを用いてオープンな量子システムをシミュレートする,革新的でスケーラブルな手法を提案する。
共役密度行列を真の密度行列の対として定義し、混合ユニタリ量子チャネルに還元し、量子コンピュータを用いて効果的にサンプリングすることができる。
この方法には、補助量子ビットや注目すべきスケーラビリティなど、いくつかの利点がある。
さらに、正確な長時間シミュレーションも随伴密度行列として達成でき、真の散逸した行列は同じ状態に収束する。
最後に、この理論の展開を、短時間のダイナミクスによる相関とエントロピーの進化のための散逸的量子$XY$モデルと、長時間のダイナミクスによる多体ローカライゼーションのための混乱したハイゼンベルクモデルに示す。
この研究は、量子コンピュータを用いた実世界の多体力学の研究を促進し、実用的な量子的優位性を示す可能性を強調している。
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