論文の概要: Quantum Simulation for Dynamical Transition Rates in Open Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.17229v1
- Date: Mon, 23 Dec 2024 02:53:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:57:27.690039
- Title: Quantum Simulation for Dynamical Transition Rates in Open Quantum Systems
- Title（参考訳）: オープン量子系における動的遷移速度の量子シミュレーション
- Authors: Robson Christie, Kyunghyun Baek, Jeongho Bang, Jaewoo Joo,
- Abstract要約: マルコフ開量子系における動的遷移率を計算するための,新しい,効率的な量子シミュレーション手法を提案する。
我々の新しいアプローチは、現在の量子化学研究のボトルネックを超える可能性を秘めている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Estimating transition rates in open quantum systems is a significant challenge in physics and chemistry due to the exponential increase in computational resources required with the system sizes. Addressing this issue, we introduce a novel and efficient quantum simulation method to compute dynamical transition rates in Markovian open quantum systems. This method reformulates the transition rate expression, represented as the time derivatives of correlation functions, into directly measurable quantities in parametrised mixed-state quantum circuits. This approach allows us to estimate the transition rate more accurately without requiring the computation of the correlation function in a dynamical open quantum system. To validate our approach, we perform quantum simulations experimentally on IBMQ quantum processors for a decohering spin-1/2 model, compared with analytic solutions and quantum numerical simulation. Motivated by quantum chemistry-related applications, we examine our method in one-dimensional Caldeira-Leggett quantum Brownian motion model. Through theoretical and numerical analyses, we address the scalability of our scheme and the promise of significant computational advantages over its classical counterpart. Thus, our new approach holds the potential to surpass the bottlenecks of current quantum chemical research, particularly in accurately predicting molecular reaction rates and designing novel materials on the current and the near-term realisable quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: オープン量子系における遷移速度の推定は、システムサイズに必要な計算資源が指数関数的に増加するため、物理学や化学において重要な課題である。
この問題に対処するため,マルコフ開量子系の動的遷移率を計算するための,新しい,効率的な量子シミュレーション手法を提案する。
この方法では、相関関数の時間微分として表される遷移速度表現をパラメトリド混合量子回路の直接測定可能な量に再構成する。
このアプローチにより、動的開量子系における相関関数の計算を必要とせず、より正確に遷移率を推定できる。
提案手法の有効性を検証するため,量子シミュレーションをIBMQ量子プロセッサ上で,解析解や量子数値シミュレーションと比較して,デコヒーリングスピン-1/2モデルに対して実験的に行う。
量子化学関連の応用により,1次元カルデイラ・レゲット量子ブラウン運動モデルを用いて本手法を検証した。
理論的および数値的な分析を通じて、我々のスキームのスケーラビリティと、その古典的手法よりも重要な計算上の優位性の約束に対処する。
したがって、我々の新しいアプローチは、現在の量子化学研究のボトルネック、特に分子反応速度を正確に予測し、電流および短期的な実現可能な量子ハードウェア上の新しい材料を設計する可能性を持っている。
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