論文の概要: Quasiprobabilistic imaginary-time evolution on quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06343v1
- Date: Fri, 09 May 2025 18:00:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-13 20:21:48.798853
- Title: Quasiprobabilistic imaginary-time evolution on quantum computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける準確率的想像時間進化
- Authors: Annie Ray, Esha Swaroop, Ningping Cao, Michael Vasmer, Anirban Chowdhury,
- Abstract要約: 本稿では,量子コンピュータ上での仮想時間進化期待値を計算するための新しいアルゴリズムを提案する。
我々のアルゴリズムは、補助量子ビットを必要とせず、付加的な誤差軽減を伴わずに耐雑音性を持たせることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3177496877224142
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Imaginary-time evolution plays an important role in algorithms for computing ground-state and thermal equilibrium properties of quantum systems, but can be challenging to simulate on classical computers. Many quantum algorithms for imaginary-time evolution have resource requirements that are prohibitive for current quantum devices and face performance issues due to noise. Here, we propose a new algorithm for computing imaginary-time evolved expectation values on quantum computers, inspired by probabilistic error cancellation, an error-mitigation technique. Our algorithm works by decomposing a Trotterization of imaginary-time evolution into a probabilistic linear combination of operations, each of which is then implemented on a quantum computer. The measurement data is then classically post-processed to obtain the expectation value of the imaginary-time evolved state. Our algorithm requires no ancillary qubits and can be made noise-resilient without additional error mitigation. It is well-suited for estimating thermal expectation values by making use of the notion of a thermal pure quantum state. We demonstrate our algorithm by performing numerical simulations of thermal pure quantum state preparation for the 1D Heisenberg Hamiltonian on 8 qubits, and by using an IBM quantum computer to estimate the energy of the same Hamiltonian on 2 qubits. We observe promising results compared to the exact values, illustrating the potential of our algorithm for probing the physics of quantum many-body systems on current hardware.
- Abstract（参考訳）: イマジナリー時間進化は、量子系の基底状態と熱平衡特性を計算するアルゴリズムにおいて重要な役割を果たすが、古典的なコンピュータ上でのシミュレーションは困難である。
仮想時間進化のための多くの量子アルゴリズムは、現在の量子デバイスでは禁止されているリソース要件を持ち、ノイズによるパフォーマンス上の問題に直面している。
そこで本研究では,確率的誤差キャンセルに着想を得た,量子コンピュータ上での仮想時間進化期待値の計算アルゴリズムを提案する。
我々のアルゴリズムは、想像時間進化のトロッター化を確率論的線形な演算の組み合わせに分解し、それぞれが量子コンピュータ上に実装される。
そして、測定データを古典的に後処理して、想像時間進化状態の期待値を得る。
我々のアルゴリズムは、補助量子ビットを必要とせず、付加的な誤差緩和を伴わずに耐雑音性を持たせることができる。
熱純量子状態の概念を用いることで、熱期待値の推定に適している。
我々は,8量子ビット上の1Dハイゼンベルク・ハミルトニアンの熱純量子状態準備の数値シミュレーションを行い,IBM量子コンピュータを用いて2量子ビット上の同じハミルトニアンのエネルギーを推定することによって,我々のアルゴリズムを実証する。
我々は、現在のハードウェア上で量子多体系の物理を探索するアルゴリズムの可能性について、正確な値と比較して有望な結果を観察する。
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