論文の概要: Exponentially reduced circuit depths in Lindbladian simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.21062v1
- Date: Mon, 30 Dec 2024 16:31:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-31 16:05:39.558429
- Title: Exponentially reduced circuit depths in Lindbladian simulation
- Title（参考訳）: リンドブラディアンシミュレーションにおける指数減少回路深さ
- Authors: Wenjun Yu, Xiaogang Li, Qi Zhao, Xiao Yuan,
- Abstract要約: 量子コンピュータはリンドブラディアン力学を効率的にシミュレートすることができ、オープンシステムシミュレーション、熱と基底状態の準備、自律的な量子エラー補正、散逸工学などの強力な応用を可能にする。
既存の手法は、リソース集約型マルチキュービット演算に依存するか、実験的にフレンドリーな手法を用いてシミュレーションエラーを抑えるためにディープ量子回路を利用するか、重大なトレードオフに直面している。
本稿では,回路深度を最小化しつつ,実験的にアクセス可能な効率的なリンドブラディアンシミュレーションフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.176767117446696
- License:
- Abstract: Quantum computers can efficiently simulate Lindbladian dynamics, enabling powerful applications in open system simulation, thermal and ground-state preparation, autonomous quantum error correction, dissipative engineering, and more. Despite the abundance of well-established algorithms for closed-system dynamics, simulating open quantum systems on digital quantum computers remains challenging due to the intrinsic requirement for non-unitary operations. Existing methods face a critical trade-off: either relying on resource-intensive multi-qubit operations with experimentally challenging approaches or employing deep quantum circuits to suppress simulation errors using experimentally friendly methods. In this work, we challenge this perceived trade-off by proposing an efficient Lindbladian simulation framework that minimizes circuit depths while remaining experimentally accessible. Based on the incoherent linear combination of superoperators, our method achieves exponential reductions in circuit depth using at most two ancilla qubits and the straightforward Trotter decomposition of the process. Furthermore, our approach extends to simulate time-dependent Lindbladian dynamics, achieving logarithmic dependence on the inverse accuracy for the first time. Rigorous numerical simulations demonstrate clear advantages of our method over existing techniques. This work provides a practical and scalable solution for simulating open quantum systems on quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータはリンドブラディアン力学を効率的にシミュレートすることができ、オープンシステムシミュレーション、熱と基底状態の準備、自律的な量子エラー補正、散逸工学などの強力な応用を可能にする。
クローズドシステムダイナミクスのための確立されたアルゴリズムが豊富にあるにもかかわらず、デジタル量子コンピュータ上のオープン量子系をシミュレートすることは、非単体演算の本質的な要求のため、依然として困難である。
既存の手法は、実験的に困難なアプローチでリソース集約的なマルチキュービット演算に依存するか、実験的にフレンドリーな手法を用いてシミュレーションエラーを抑えるためにディープ量子回路を使用するか、重大なトレードオフに直面している。
本研究では, 回路深度を最小化しつつ, 実験的にアクセス可能でありながら, 回路深度を最小化する効率的なリンドブラディアンシミュレーションフレームワークを提案することにより, このトレードオフに挑戦する。
スーパー演算子の非コヒーレント線形結合に基づいて,少なくとも2つのアンシラ量子ビットを用いて回路深さを指数関数的に低減し,プロセスのトロッター分解を行う。
さらに,本手法は時間依存性のリンドブラディアン力学をシミュレートし,逆精度の対数的依存性を初めて達成する。
厳密な数値シミュレーションにより,既存の手法よりも明らかな利点が示された。
この研究は、量子デバイス上のオープン量子システムをシミュレートするための実用的でスケーラブルなソリューションを提供する。
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