論文の概要: Divide-and-Conquer Simulation of Open Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.01623v1
• Date: Fri, 02 May 2025 23:09:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-06 18:49:35.196742
• Title: Divide-and-Conquer Simulation of Open Quantum Systems
• Title（参考訳）: オープン量子系の分法とコンカマーシミュレーション
• Authors: Thiago Melo D. Azevedo, Caio Almeida, Pedro Linck, Adenilton J. da Silva, Nadja K. Bernardes,
• Abstract要約: 混合状態を作成し,各クラウス演算子ダイレーションの出力を組み合わせるための分割・対数戦略について述べる。 本稿では,現在の量子ハードウェア上でのFenna-Matthews-Olsonダイナミクスの概念実証を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7270112855088837
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: One of the promises of quantum computing is to simulate physical systems efficiently. However, the simulation of open quantum systems - where interactions with the environment play a crucial role - remains challenging for quantum computing, as it is impossible to implement deterministically non-unitary operators on a quantum computer without auxiliary qubits. The Stinespring dilation can simulate an open dynamic but requires a high circuit depth, which is impractical for NISQ devices. An alternative approach is parallel probabilistic block-encoding methods, such as the Sz.-Nagy and Singular Value Decomposition dilations. These methods result in shallower circuits but are hybrid methods, and we do not simulate the quantum dynamic on the quantum computer. In this work, we describe a divide-and-conquer strategy for preparing mixed states to combine the output of each Kraus operator dilation and obtain the complete dynamic on quantum hardware with a lower circuit depth. The work also introduces a balanced strategy that groups the original Kraus operators into an expanded operator, leading to a trade-off between circuit depth, CNOT count, and number of qubits. We perform a computational analysis to demonstrate the advantages of the new method and present a proof-of-concept simulation of the Fenna-Matthews-Olson dynamic on current quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの約束の一つは、物理システムを効率的にシミュレートすることである。 しかしながら、環境との相互作用が重要な役割を果たすオープン量子システムのシミュレーションは、補助量子ビットのない量子コンピュータ上で決定論的に非一意演算子を実装することは不可能であるため、量子コンピューティングでは依然として困難である。 Stinespring Dilationはオープンなダイナミックをシミュレートするが、NISQデバイスでは実現不可能な高い回路深度を必要とする。 別のアプローチとして、Szのような並列確率的ブロックエンコーディング法がある。 -Nagy and Singular Value Decomposition Dilations これらの手法はより浅い回路となるが、ハイブリッド方式であり、量子コンピュータ上の量子力学をシミュレートするものではない。 本研究では,混合状態を作成し,各クラウス演算子ダイレーションの出力を組み合わせ,量子ハードウェア上での完全な動的動作と回路深度を比較検討する。 この研究は、元のクラウス作用素を拡張演算子にグループ化するバランスの取れた戦略も導入し、回路深さ、CNOT数、キュービット数とのトレードオフにつながった。 我々は,新しい手法の利点を実証するために計算解析を行い,現在の量子ハードウェア上でのFenna-Matthews-Olson力学の概念実証シミュレーションを示す。

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