論文の概要: Constrained free energy minimization for the design of thermal states and stabilizer thermodynamic systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.09103v1
• Date: Tue, 12 Aug 2025 17:31:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-13 21:07:34.528596
• Title: Constrained free energy minimization for the design of thermal states and stabilizer thermodynamic systems
• Title（参考訳）: 熱状態と安定化器熱力学系の設計のための制約付き自由エネルギー最小化
• Authors: Michele Minervini, Madison Chin, Jacob Kupperman, Nana Liu, Ivy Luo, Meghan Ly, Soorya Rethinasamy, Kathie Wang, Mark M. Wilde,
• Abstract要約: 量子熱力学系はハミルトニアンによって記述され、基本的なゴールは系の最小エネルギーを決定することである。 本稿では,二元化学ポテンシャル問題の解法として,古典的およびハイブリッド量子古典的アルゴリズムを提案する。 我々は、制御可能なハミルトンの基底状態と熱状態の設計方法として、これらのアルゴリズムの代替的な説得力のある解釈を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.902243522110346
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A quantum thermodynamic system is described by a Hamiltonian and a list of conserved, non-commuting charges, and a fundamental goal is to determine the minimum energy of the system subject to constraints on the charges. Recently, [Liu et al., arXiv:2505.04514] proposed first- and second-order classical and hybrid quantum-classical algorithms for solving a dual chemical potential maximization problem, and they proved that these algorithms converge to global optima by means of gradient-ascent approaches. In this paper, we benchmark these algorithms on several problems of interest in thermodynamics, including one- and two-dimensional quantum Heisenberg models with nearest and next-to-nearest neighbor interactions and with the charges set to the total $x$, $y$, and $z$ magnetizations. We also offer an alternative compelling interpretation of these algorithms as methods for designing ground and thermal states of controllable Hamiltonians, with potential applications in molecular and material design. Furthermore, we introduce stabilizer thermodynamic systems as thermodynamic systems based on stabilizer codes, with the Hamiltonian constructed from a given code's stabilizer operators and the charges constructed from the code's logical operators. We benchmark the aforementioned algorithms on several examples of stabilizer thermodynamic systems, including those constructed from the one-to-three-qubit repetition code, the perfect one-to-five-qubit code, and the two-to-four-qubit error-detecting code. Finally, we observe that the aforementioned hybrid quantum-classical algorithms, when applied to stabilizer thermodynamic systems, can serve as alternative methods for encoding qubits into stabilizer codes at a fixed temperature, and we provide an effective method for warm-starting these encoding algorithms whenever a single qubit is encoded into multiple physical qubits.
• Abstract（参考訳）: 量子熱力学系はハミルトニアンと保存された非交換電荷のリストによって記述され、基本的なゴールは電荷の制約を受ける系の最小エネルギーを決定することである。 近年、[Liu et al , arXiv:2505.04514] は2つの化学ポテンシャル最大化問題の解法として古典的およびハイブリッド量子古典的アルゴリズムを提案し、これらのアルゴリズムは勾配のアプローチによって大域最適に収束することが証明された。 本稿では,1次元および2次元の量子ハイゼンベルクモデルにおいて,近傍相互作用が最寄りかつ非負の近傍相互作用と,合計$x$,$y$,および$z$磁化に設定された電荷を含む熱力学に関するいくつかの問題について,これらのアルゴリズムをベンチマークする。 また、制御可能なハミルトニアンの基底状態と熱状態を設計する手法として、分子設計や材料設計における潜在的な応用として、これらのアルゴリズムの代替的な説得力のある解釈を提供する。 さらに、安定化器符号に基づく熱力学系として安定化器熱力学系を導入し、ハミルトニアンは与えられた符号の安定化器演算子から構成され、符号の論理演算子から構成される電荷を持つ。 以上のアルゴリズムを,1-3-qubit繰り返し符号,完全1-5-qubit符号,2-4-qubit誤り検出符号など,安定化器熱力学系のいくつかの例でベンチマークする。 最後に、上記のハイブリッド量子古典アルゴリズムが安定化器の熱力学系に適用された場合、固定温度で量子ビットを安定化器符号に符号化する代替手法として機能し、単一の量子ビットが複数の物理量子ビットに符号化されるたびに、これらの符号化アルゴリズムをウォームスタートさせる効果的な方法を提案する。

関連論文リスト

• Learning Feasible Quantum States for Quadratic Constrained Binary Optimization Problems [41.23247424467223]
  我々はQCBOの制約を満たす量子状態の同値重ね合わせを生成する変動的アプローチを開発する。 結果として生じる同値な重ね合わせは、QUBO/QCBOを解く量子アルゴリズムの初期状態として使用できる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-08-04T16:44:53Z)
• Solving wave equation problems on D-Wave quantum annealers [44.99833362998488]
  擬似スペクトルスキーム内のD-Wave系によって提供される量子アニールを用いて,数次元ヘルムホルツ方程式を解く。 我々は,代数的引数と断熱条件に基づいて,異なる符号化手法の性能を評価する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-07-18T08:06:43Z)
• Variational-Adiabatic Quantum Solver for Systems of Linear Equations with Warm Starts [0.0]
  線形系に対する再検討型変分量子解法を提案する。 量子回路上で容易に実装できる既知の基底状態を持つ初期ハミルトニアンを定義する。 我々は、最終基底状態が与えられた線形系の解と一致するように制御変数をチューニングすることで、ハミルトニアンを進化させる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-05-30T07:00:14Z)
• Quantum thermodynamics and semi-definite optimization [3.7498611358320733]
  量子熱力学において、系はハミルトニアンによって記述され、システムの最小エネルギーを決定することが目的である。 最適化理論では、半定値プログラム(SDP)は正半定値作用素の錐上で最適化された線形目的関数を含む。 量子熱力学に動機づけられたJaynesの考え方を採用することで、上記の熱力学問題における自由エネルギーの最小化は、エネルギーの代わりにエレガントな解をもたらすことを観察する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-05-07T15:40:15Z)
• Variational quantum thermalizers based on weakly-symmetric nonunitary multi-qubit operations [0.0]
  変分量子熱分解器(VQTs)は、与えられたハミルトニアンの熱(ギブ)状態を生成する。 現在のアルゴリズムは、ターゲット状態が不純だが絡み合いを示す中間温度で苦労している。 弱い対称性を利用するマルチキュービット非単位演算を考案し,アルゴリズムの性能を向上する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2025-02-13T19:00:00Z)
• Variational Quantum Subspace Construction via Symmetry-Preserving Cost Functions [39.58317527488534]
  低次エネルギー状態の抽出のための削減部分空間を反復的に構築するために,対称性保存コスト関数に基づく変動戦略を提案する。 概念実証として, 基底状態エネルギーと電荷ギャップの両方を対象とし, 提案アルゴリズムをH4鎖とリング上で検証した。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-11-25T20:33:47Z)
• Quantum Thermal State Preparation [39.91303506884272]
  量子マスター方程式をシミュレートするための簡単な連続時間量子ギブスサンプリングを導入する。 我々は、特定の純ギブス状態を作成するための証明可能かつ効率的なアルゴリズムを構築した。 アルゴリズムのコストは温度、精度、混合時間に依存している。
  論文  参考訳（メタデータ） (2023-03-31T17:29:56Z)
• Implementation of a two-stroke quantum heat engine with a collisional model [50.591267188664666]
  我々は,IBMQプロセッサのストロボスコープ2ストロークサーマルエンジンの量子シミュレーションを行った。 この系は2つの浴槽に繋がった量子スピン鎖で構成され、変分量子熱分解器アルゴリズムを用いて異なる温度で調製される。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-03-25T16:55:08Z)
• Optimizing thermalizations [0.0]
  量子系のエネルギー占有の完全なセットをアルゴリズム的に特徴付けるために,連続熱行列化の概念に基づく厳密なアプローチを提案する。 本稿では, 冷却, 作業抽出, 最適シーケンスの文脈で最適なプロトコルを見出すことにより, これを説明する。 同じツールにより、熱力学プロトコルの性能においてメモリ効果が果たす役割を定量的に評価することもできる。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-02-25T11:05:39Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。