論文の概要: Dissipative ground state preparation in ab initio electronic structure theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.01470v1
• Date: Sun, 03 Nov 2024 07:35:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-05 21:28:09.910886
• Title: Dissipative ground state preparation in ab initio electronic structure theory
• Title（参考訳）: アブ初期電子構造理論における散逸基底状態の準備
• Authors: Hao-En Li, Yongtao Zhan, Lin Lin,
• Abstract要約: 我々はリンドブラッド力学を用いて、一般的な初期電子構造問題に対する基底状態の効率的な作成を行う。 これらの問題は、幾何学的局所性や空間的構造が欠如しているハミルトニアンにしばしば関係している。 完全イニシアチブハミルトニアンに対するリンドブラッド力学をシミュレートするためにモンテカルロ軌道に基づくアルゴリズムを用いる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7438129207086058
• License:
• Abstract: Dissipative engineering is a powerful tool for quantum state preparation, and has drawn significant attention in quantum algorithms and quantum many-body physics in recent years. In this work, we introduce a novel approach using the Lindblad dynamics to efficiently prepare the ground state for general ab initio electronic structure problems on quantum computers, without variational parameters. These problems often involve Hamiltonians that lack geometric locality or sparsity structures, which we address by proposing two generic types of jump operators for the Lindblad dynamics. Type-I jump operators break the particle number symmetry and should be simulated in the Fock space. Type-II jump operators preserves the particle number symmetry and can be simulated more efficiently in the full configuration interaction space. For both types of jump operators, we prove that in a simplified Hartree-Fock framework, the spectral gap of our Lindbladian is lower bounded by a universal constant. For physical observables such as energy and reduced density matrices, the convergence rate of our Lindblad dynamics with Type-I jump operators remains universal, while the convergence rate with Type-II jump operators only depends on coarse grained information such as the number of orbitals and the number of electrons. To validate our approach, we employ a Monte Carlo trajectory-based algorithm for simulating the Lindblad dynamics for full ab initio Hamiltonians, demonstrating its effectiveness on molecular systems amenable to exact wavefunction treatment.
• Abstract（参考訳）: 散逸エンジニアリングは量子状態の準備のための強力なツールであり、近年は量子アルゴリズムや量子多体物理学に大きな注目を集めている。 本研究では,量子コンピュータ上での電子構造問題に対して,変動パラメータを伴わずに効率的に基底状態を作成するためにリンドブラッド力学を用いた新しい手法を提案する。 これらの問題はしばしば、幾何学的局所性やスパーシティ構造が欠如しているハミルトニアンを巻き込み、リンドブラッド力学のために2つの一般的なジャンプ作用素を提案する。 タイプIジャンプ作用素は粒子数対称性を破り、フォック空間でシミュレートされるべきである。 タイプIIジャンプ作用素は粒子数対称性を保ち、完全な構成相互作用空間においてより効率的にシミュレートできる。 どちらの種類のジャンプ作用素に対しても、単純化されたハートリー・フォックフレームワークでは、リンドブラディアンのスペクトルギャップは普遍定数によって下界であることが証明される。 エネルギーや密度行列の減少のような物理的観測物については、リンドブラッド力学とタイプIジャンプ作用素との収束速度は普遍的であり、タイプIIジャンプ作用素との収束速度は軌道の数や電子の数などの粗いきめ細かい情報にのみ依存する。 提案手法の検証にはモンテカルロ軌道に基づくアルゴリズムを用いてリンドブラッド力学をシミュレーションし, 正確な波動関数処理が可能な分子系上での有効性を実証した。

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