論文の概要: Efficient Simulation of Open Quantum Systems on NISQ Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.10732v1
- Date: Mon, 14 Oct 2024 17:13:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-10-29 19:55:21.236345
- Title: Efficient Simulation of Open Quantum Systems on NISQ Devices
- Title（参考訳）: NISQデバイス上でのオープン量子システムの効率的なシミュレーション
- Authors: Colin Burdine, Nora Bauer, George Siopsis, Enrique P. Blair,
- Abstract要約: NISQハードウェア上でのオープン量子システムをシミュレーションするための効率的なフレームワークを提案する。
提案手法は計算コストのかかるトロッタライズ法を回避し,リンドブラッドマスター方程式を利用する。
実量子ハードウェア上でのシミュレーションと正確な解との強い一致を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Simulating open quantum systems, which interact with external environments, presents significant challenges on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices due to limited qubit resources and noise. In this paper, we propose an efficient framework for simulating open quantum systems on NISQ hardware by leveraging a time-perturbative Kraus operator representation of the system's dynamics. Our approach avoids the computationally expensive Trotterization method and exploits the Lindblad master equation to represent time evolution in a compact form, particularly for systems satisfying specific commutation relations. We demonstrate the efficiency of our method by simulating quantum channels, such as the continuous-time Pauli channel and damped harmonic oscillators, on NISQ devices, including IonQ Harmony and Quantinuum H1-1. Additionally, we introduce hardware-agnostic error mitigation techniques, including Pauli channel fitting and quantum depolarizing channel inversion, to enhance the fidelity of quantum simulations. Our results show strong agreement between the simulations on real quantum hardware and exact solutions, highlighting the potential of Kraus-based methods for scalable and accurate simulation of open quantum systems on NISQ devices. This framework opens pathways for simulating more complex systems under realistic conditions in the near term.
- Abstract（参考訳）: 外部環境と相互作用するオープン量子システムのシミュレーションは、限られた量子ビット資源とノイズのためにノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスに重大な課題をもたらす。
本稿では,NISQハードウェア上でのオープン量子システムのシミュレーションに,システムのダイナミクスの時間摂動的Kraus演算子表現を活用することで,効率的なフレームワークを提案する。
提案手法は計算コストのかかるトロッタライズ法を回避し,特に特定の通勤関係を満たすシステムにおいて,コンパクトな時間発展を表すためにリンドブラッド・マスター方程式を利用する。
我々は、IonQ Harmony や Quantinuum H1-1 などの NISQ デバイス上で、連続時間パウリチャネルや減衰調和振動子などの量子チャネルをシミュレートして、本手法の有効性を実証した。
さらに、量子シミュレーションの忠実性を高めるために、Pauliチャネルフィッティングや量子脱分極チャネルインバージョンなど、ハードウェアに依存しないエラー軽減手法を導入する。
以上の結果から,NISQデバイス上でのオープン量子システムのスケーラブルかつ高精度なシミュレーションを行うKrausベースの手法の可能性を明らかにする。
このフレームワークは、近い将来、現実的な条件下でより複雑なシステムをシミュレートするための経路を開く。
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