論文の概要: Towards robust variational quantum simulation of Lindblad dynamics via stochastic Magnus expansion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.22099v1
- Date: Fri, 28 Mar 2025 02:37:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-31 15:29:03.092763
- Title: Towards robust variational quantum simulation of Lindblad dynamics via stochastic Magnus expansion
- Title（参考訳）: 確率的マグナス展開によるリンドブラッド力学のロバストな変動量子シミュレーションに向けて
- Authors: Jia-Cheng Huang, Hao-En Li, Yi-Cheng Wang, Guang-Ze Zhang, Jun Li, Han-Shi Hu,
- Abstract要約: 我々はリンドブラッド方程式の変分量子シミュレーションのための新しい一般的な枠組みを紹介する。
数値的な例を通して,本アルゴリズムの有効性を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.144001671935907
- License:
- Abstract: In this paper, we introduce a novel and general framework for the variational quantum simulation of Lindblad equations. Building on the close relationship between nonlinearly unraveled Lindblad dynamics, stochastic Magnus integrators, and variational quantum simulation, we propose a high-order scheme for solving the quantum state diffusion equation using exponential integrators. This formulation facilitates the simulation of wavefunction trajectories within the established framework of variational quantum algorithms for time evolution. Our algorithm significantly enhances robustness in two key aspects: the stability of the simulation with large time steps, and the reduction in the number of quantum trajectories required to accurately simulate the Lindblad dynamics in terms of the ensemble average. We demonstrate the effectiveness of our algorithm through numerical examples, including the transverse field Ising model (TFIM) with damping, the Fenna-Matthews-Olson (FMO) complex, and the radical pair model (RPM). The precision of the simulation can be systematically improved, and its reliability is confirmed even in the highly oscillatory regime. These methods are expected to extend their applicability beyond the particular systems analyzed in this study.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,リンドブラッド方程式の変分量子シミュレーションのための新しい一般フレームワークを提案する。
非線形に展開しないリンドブラッド力学,確率的マグナス積分器,変分量子シミュレーションの密接な関係を基礎として,指数積分器を用いた量子状態拡散方程式の高次解法を提案する。
この定式化は、時間発展のための変分量子アルゴリズムの確立された枠組みにおける波動関数軌道のシミュレーションを促進する。
このアルゴリズムは,大きな時間ステップでのシミュレーションの安定性と,リンドブラッド力学を正確にシミュレーションするために必要な量子軌道の減少という2つの重要な側面において,ロバスト性を大幅に向上させる。
本稿では, 減衰を伴う横フィールドイジングモデル (TFIM) , Fenna-Matthews-Olson (FMO) 錯体, ラジカルペアモデル (RPM) などの数値例によるアルゴリズムの有効性を示す。
シミュレーションの精度は体系的に改善でき、その信頼性は高振動状態でも確認できる。
これらの手法は,本研究で分析した特定のシステムを超えて適用可能性を高めることが期待されている。
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