論文の概要: Floquet-ADAPT-VQE: A Quantum Algorithm to Simulate Non-Equilibrium Physics in Periodically Driven Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.11613v1
• Date: Fri, 14 Mar 2025 17:32:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-17 13:06:40.939473
• Title: Floquet-ADAPT-VQE: A Quantum Algorithm to Simulate Non-Equilibrium Physics in Periodically Driven Systems
• Title（参考訳）: Floquet-ADAPT-VQE:周期駆動系における非平衡物理シミュレーションのための量子アルゴリズム
• Authors: Abhishek Kumar, Karunya Shirali, Nicholas J. Mayhall, Sophia E. Economou, Edwin Barnes,
• Abstract要約: 本稿では、周期的に駆動される量子系の非平衡物理学をシミュレートするハイブリッド量子古典アルゴリズムFloquet-ADAPT-VQEを提案する。 磁場を伴う周期駆動型XYZモデル上で数値シミュレーションを行うことにより,本アルゴリズムを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.552732026168532
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• Abstract: Non-equilibrium many-body quantum systems exhibit many fascinating phenomena absent in equilibrium systems, but simulating them on classical computers is challenging. We propose a hybrid quantum-classical algorithm, Floquet-ADAPT-VQE, to simulate the non-equilibrium physics of periodically driven quantum systems. We utilize the Floquet-Hilbert space, a composition of auxiliary and physical spaces, to transform the Hamiltonian into a time-independent form. We define a cost function based on the square of the shifted extended Floquet Hamiltonian and show how to prepare Floquet eigenstates using Floquet-ADAPT-VQE. We also obtain a suitable auxiliary initial state whose squared Floquet energy is independent of the number of auxiliary qubits as well as the driving frequency, which leads to better convergence with fewer ADAPT iterations. Additionally, we provide a framework to calculate the time-dependent expectation value of observables in the Floquet state with fixed-depth quantum circuit. We demonstrate our algorithm by performing numerical simulations on a periodically driven XYZ model with a magnetic field. We also explore potential applications of our algorithm for studying various non-equilibrium phenomena in periodically driven systems.
• Abstract（参考訳）: 非平衡多体量子系は、平衡系に存在しない多くの興味深い現象を示すが、古典的なコンピュータ上でそれらをシミュレートすることは困難である。 本稿では、周期的に駆動される量子系の非平衡物理学をシミュレートするハイブリッド量子古典アルゴリズムFloquet-ADAPT-VQEを提案する。 補助空間と物理空間の合成であるフロケ・ヒルベルト空間を用いて、ハミルトニアンを時間に依存しない形式に変換する。 Floquet-ADAPT-VQEを用いてFloquet固有状態の生成方法を示す。 また,2乗フロッケエネルギーが補助量子ビット数と駆動周波数に依存しない適切な補助初期状態を得る。 さらに,固定深度量子回路を用いて,Floquet状態における観測値の時間依存性期待値を計算するためのフレームワークを提供する。 磁場を伴う周期駆動型XYZモデル上で数値シミュレーションを行うことにより,本アルゴリズムを実証する。 また、周期駆動系における様々な非平衡現象の研究のためのアルゴリズムの可能性についても検討する。

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