論文の概要: Correcting and extending Trotterized quantum many-body dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.13784v1
• Date: Wed, 19 Feb 2025 14:50:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-20 13:59:37.095651
• Title: Correcting and extending Trotterized quantum many-body dynamics
• Title（参考訳）: トロッター化量子多体ダイナミクスの修正と拡張
• Authors: Gian Gentinetta, Friederike Metz, Giuseppe Carleo,
• Abstract要約: 量子的手法と古典的手法の強みを組み合わせたハイブリッドアンサッツを開発した。 このハイブリッドアンサッツは量子回路のSWAPゲートを回避できることを示す。 また、量子デバイス上の量子ビットの数を一定に保ちながら、システムサイズをいかに拡張できるかを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: A complex but important challenge in understanding quantum mechanical phenomena is the simulation of quantum many-body dynamics. Although quantum computers offer significant potential to accelerate these simulations, their practical application is currently limited by noise and restricted scalability. In this work, we address these problems by proposing a hybrid ansatz combining the strengths of quantum and classical computational methods. Using Trotterization, we evolve an initial state on the quantum computer according to a simplified Hamiltonian, focusing on terms that are difficult to simulate classically. A classical model then corrects the simulation by including the terms omitted in the quantum circuit. While the classical ansatz is optimized during the time evolution, the quantum circuit has no variational parameters. Derivatives can thus be calculated purely classically, avoiding challenges arising in the optimization of parameterized quantum circuits. We demonstrate three applications of this hybrid method. First, our approach allows us to avoid SWAP gates in the quantum circuit by restricting the quantum part of the ansatz to hardware-efficient terms of the Hamiltonian. Second, we can mitigate errors arising from the Trotterization of the time evolution unitary. Finally, we can extend the system size while keeping the number of qubits on the quantum device constant by including additional degrees of freedom in the classical ansatz.
• Abstract（参考訳）: 量子力学現象を理解する上で複雑だが重要な課題は、量子多体力学のシミュレーションである。 量子コンピュータはこれらのシミュレーションを加速する大きな可能性を秘めているが、その実用化は現在、ノイズと制限されたスケーラビリティによって制限されている。 本研究では,量子的および古典的計算手法の強みを組み合わせたハイブリッドアンサッツの提案により,これらの問題に対処する。 トロタライゼーションを用いることで、単純化されたハミルトニアンに従って量子コンピュータ上の初期状態を進化させ、古典的にシミュレートすることが難しい用語に焦点をあてる。 古典的なモデルは量子回路で省略された項を含めることでシミュレーションを補正する。 古典的なアンサッツは時間進化中に最適化されるが、量子回路は変動パラメータを持たない。 したがって、導関数は純粋に古典的に計算でき、パラメータ化量子回路の最適化に伴う問題を避けることができる。 このハイブリッド手法の3つの応用例を示す。 まず, 量子回路におけるSWAPゲートは, アサッツの量子部分をハミルトニアンのハードウェア効率のよい項に制限することで回避できる。 第2に、時間進化のユニタリのトロッター化による誤差を軽減することができる。 最後に、古典的なアンサッツにさらなる自由度を含めることで、量子デバイス上の量子ビットの数を一定に保ちながら、システムサイズを拡張できる。

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