論文の概要: qHEOM: A Quantum Algorithm for Simulating Non-Markovian Quantum Dynamics Using the Hierarchical Equations of Motion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.12049v1
• Date: Mon, 18 Nov 2024 20:41:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-20 13:35:48.328293
• Title: qHEOM: A Quantum Algorithm for Simulating Non-Markovian Quantum Dynamics Using the Hierarchical Equations of Motion
• Title（参考訳）: qHEOM:階層的運動方程式を用いた非マルコフ量子力学シミュレーションのための量子アルゴリズム
• Authors: Xiaohan Dan, Eitan Geva, Victor S. Batista,
• Abstract要約: オープン量子系の非マルコフ力学をシミュレートする量子アルゴリズムを提案する。 提案手法により,雑音型中間スケール量子コンピュータ上での任意の量子マスター方程式の実装が可能となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Quantum computing offers promising new avenues for tackling the long-standing challenge of simulating the quantum dynamics of complex chemical systems, particularly open quantum systems coupled to external baths. However, simulating such non-unitary dynamics on quantum computers is challenging since quantum circuits are specifically designed to carry out unitary transformations. Furthermore, chemical systems are often strongly coupled to the surrounding environment, rendering the dynamics non-Markovian and beyond the scope of Markovian quantum master equations like Lindblad or Redfield. In this work, we introduce a quantum algorithm designed to simulate non-Markovian dynamics of open quantum systems. Our approach enables the implementation of arbitrary quantum master equations on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers. We illustrate the method as applied in conjunction with the numerically exact hierarchical equations of motion (HEOM) method. The effectiveness of the resulting quantum HEOM algorithm (qHEOM) is demonstrated as applied to simulations of the non-Lindbladian electronic energy and charge transfer dynamics in models of the carotenoid-porphyrin-C60 molecular triad dissolved in tetrahydrofuran and the Fenna-Matthews-Olson complex.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、複雑な化学系、特に外部浴に結合したオープン量子系の量子力学をシミュレートする長年の課題に対処するために、有望な新しい道を提供する。 しかし、量子回路はユニタリ変換を行うように設計されているため、量子コンピュータ上でそのような非ユニタリダイナミクスをシミュレートすることは困難である。 さらに、化学系は周囲の環境と強く結びついており、非マルコフ方程式やリンドブラッドやレッドフィールドのようなマルコフ量子マスター方程式の範囲を超えて力学をレンダリングする。 本研究では,オープン量子系の非マルコフ力学をシミュレートする量子アルゴリズムを提案する。 提案手法により,雑音型中間規模量子コンピュータ(NISQ)上での任意の量子マスター方程式の実装が可能となる。 本手法は,数値的高精度な動き方程式(HEOM)とともに適用された。 得られた量子HEOMアルゴリズム(qHEOM)の有効性は、テトラヒドロフランとフェンナ-マシューズ-オルソン錯体に溶解したカロテノイド-ポルフィリン-C60分子三量体モデルにおける非Lindbladian電子エネルギーと電荷移動ダイナミクスのシミュレーションに適用された。

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