論文の概要: Generating Approximate Ground States of Strongly Correlated Quantum Many-Body Systems Through Quantum Imaginary Time Evolution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.01320v1
- Date: Mon, 2 Sep 2024 15:20:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-06 06:25:12.766619
- Title: Generating Approximate Ground States of Strongly Correlated Quantum Many-Body Systems Through Quantum Imaginary Time Evolution
- Title（参考訳）: 量子イマジナリー時間進化による強相関量子多体系の近似基底状態の生成
- Authors: Michael P. Kaicher, Florian Dommert, Christopher Wever, Maximilian Amsler, Michael Kühn,
- Abstract要約: 格子および分子電子構造のITEを近似するQITEアルゴリズムの能力を数値解析する。
仮想時間がどのように進化したフェルミオンガウス状態が、古典的コンピュータ上で効率的に計算できる初期状態として機能するかを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Most quantum algorithms designed to generate or probe properties of the ground state of a quantum many-body system require as input an initial state with a large overlap with the desired ground state. One approach for preparing such a ground state is Imaginary Time Evolution (ITE). Recent work by [Motta, M., Sun, C., Tan, A.T.K. et al. (2020)] introduced an algorithm -- which we will refer to as Quantum Imaginary Time Evolution (QITE) -- that shows how ITE can be approximated by a sequence of unitary operators, making QITE potentially implementable on early fault-tolerant quantum computers. In this work, we provide a heuristic study of the capabilities of the QITE algorithm in approximating the ITE of lattice and molecular electronic structure Hamiltonians. We numerically study the performance of the QITE algorithm when provided with a good classical initial state for a large class of systems, some of which are of interest to industrial applications, and check if QITE is able to qualitatively replicate the ITE behavior and improve over a classical mean-field solution. The systems we consider in this work range from one- and two-dimensional lattice systems of various lattice geometries displaying short- and long-range interactions, to active spaces of molecular electronic structure Hamiltonians. In addition to the comparison of QITE and ITE, we explicitly show how imaginary time evolved fermionic Gaussian states can serve as initial states which can be efficiently computed on classical computers and efficiently implemented on quantum computers for generic spin Hamiltonians in arbitrary lattice geometries and dimensions, which can be of independent interest.
- Abstract（参考訳）: 量子多体系の基底状態の特性を生成または探究するために設計されたほとんどの量子アルゴリズムは、所望の基底状態と大きな重なり合う初期状態として入力する必要がある。
そのような基底状態を作るための1つのアプローチは、Imaginary Time Evolution (ITE)である。
最近の[Motta, M., Sun, C., Tan, A.T.K. et al (2020)]の研究は、量子イマジナリー時間進化(Quantum Imaginary Time Evolution, QITE)と呼ばれるアルゴリズムを導入した。
本研究では,格子および分子電子構造ハミルトニアンのITTを近似するQITEアルゴリズムの能力に関するヒューリスティックな研究を行う。
大規模システムに対して古典的初期状態が整った場合のQITEアルゴリズムの性能を数値的に研究し,その一部が産業応用に関心を持ち,古典的平均場解よりも定性的にITTの挙動を再現し,改善できるかどうかを確認する。
この研究で検討するシステムは、短距離と長距離の相互作用を示す様々な格子幾何学の1次元および2次元格子系から、分子電子構造のハミルトニアンの活性空間まで様々である。
QITE と ITE の比較に加え、フェルミオンガウス状態が古典的コンピュータ上で効率よく計算でき、任意の格子幾何学と次元におけるジェネリックスピンハミルトニアンの量子コンピュータ上で効率よく実装できる初期状態として機能しうることを示す。
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