論文の概要: Classical simulation of parity-preserving quantum circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.19317v1
- Date: Sun, 27 Apr 2025 17:42:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:54.22746
- Title: Classical simulation of parity-preserving quantum circuits
- Title（参考訳）: パリティ保存量子回路の古典シミュレーション
- Authors: Carolin Wille, Sergii Strelchuk,
- Abstract要約: 一般性を損なわないフェルミオン量子系の古典的シミュレーション法を提案する。
我々は、これらの回路をフェルミオンテンソルネットワークにマッピングし、非マッチゲートゲートの新たな分解を導入する。
提案アルゴリズムは,高い精度を維持しつつパリティ保存回路をシミュレーションするための資源要求を著しく低減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a classical simulation method for fermionic quantum systems which, without loss of generality, can be represented by parity-preserving circuits made of two-qubit gates in a brick-wall structure. We map such circuits to a fermionic tensor network and introduce a novel decomposition of non-Matchgate gates into a Gaussian fermionic tensor and a residual quartic term, inspired by interacting fermionic systems. The quartic term is independent of the specific gate, which allows us to precompute intermediate results independently of the exact circuit structure and leads to significant speedups when compared to other methods. Our decomposition suggests a natural perturbative expansion which can be turned into an algorithm to compute measurement outcomes and observables to finite accuracy when truncating at some order of the expansion. For particle number conserving gates, our decomposition features a unique truncation cutoff reducing the computational effort for high precision calculations. Our algorithm significantly lowers resource requirements for simulating parity-preserving circuits while retaining high accuracy, making it suitable for simulations of interacting systems in quantum chemistry and material science. Lastly, we discuss how our algorithm compares to other classical simulation methods for fermionic quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 一般性を失うことなく, 2量子ゲートからなるパリティ保存回路をブロックウォール構造で表現できる, フェルミオン量子系の古典的シミュレーション手法を提案する。
このような回路をフェルミオンテンソルネットワークにマッピングし、非マッチゲートゲートの新たな分解をガウスフェルミオンテンソルと残留クォート項に導入し、相互作用するフェルミオン系から着想を得た。
クォート項は特定のゲートとは独立であり、正確な回路構造とは無関係に中間結果をプリコンプリートすることができ、他の手法と比較して大きなスピードアップをもたらす。
この分解は, 自然摂動膨張をアルゴリズムに変換して測定結果と観測値をある程度の精度で観測できることを示唆する。
粒子数保存ゲートでは, 高精度計算の計算労力を削減し, 独自の切り欠きを特徴とする。
提案アルゴリズムは,パリティ保存回路のシミュレーションに要する資源を,高い精度を維持しながら大幅に低減し,量子化学および物質科学における相互作用システムのシミュレーションに適している。
最後に、我々のアルゴリズムがフェルミオン量子系の他の古典的シミュレーション手法と比較する。
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