模拟量子多体系统的动力学是物理学、化学和材料科学以及其他科学技术领域面临的核心挑战。虽然对于传统算法来说,这项任务通常难以完成,但量子电路提供了一种绕过传统瓶颈的方法,即通过“电路化”相关系统的时间演化。然而,当今的量子计算设备只允许对小型且嘈杂的量子电路进行编程,这种情况严重限制了这些设备在实践中的应用类型。因此,电路化程序的量子比特和门成本理所当然地成为决定任何潜在应用可行性的关键因素,而且越来越高效的算法正在不断被设计出来。我们提出了一种在量子电路上进行资源高效的汉密尔顿动力学模拟的新方法,我们认为该方法与最先进的量子模拟算法相比具有某些优势,这些优势直接转化为更短的算法运行时间[1、2](详细比较见第 4 节)。我们通过利用量子时间演化算子在其非对角线元素中的级数展开来实现这一点,其中算子围绕其对角线分量展开 [ 3 – 5 ]。这种展开允许人们有效地积分演化的对角线分量,从而与现有方法相比降低了算法的整体门和量子比特复杂性。在我们的方法中,时间演化被分解为相同的短时间段,每个时间段都使用非对角线级数中的多个项精确近似
在本文中,我们详细分析了变分量子相位估计 (VQPE),这是一种基于实时演化的基态和激发态估计方法,可在近期硬件上实现。我们推导出该方法的理论基础,并证明它提供了迄今为止最紧凑的变分展开之一,可用于解决强关联汉密尔顿量。VQPE 的核心是一组具有简单几何解释的方程,它们为时间演化网格提供了条件,以便将特征态从时间演化的扩展状态集中分离出来,并将该方法与经典的滤波器对角化算法联系起来。此外,我们引入了所谓的 VQPE 的酉公式,其中需要测量的矩阵元素数量与扩展状态的数量成线性比例,并且我们提供了噪声影响的分析,这大大改善了之前的考虑。酉公式可以直接与迭代相位估计进行比较。我们的结果标志着 VQPE 是一种自然且高效的量子算法,可用于计算一般多体系统的基态和激发态。我们展示了用于横向场 Ising 模型的 VQPE 硬件实现。此外,我们在强相关性的典型示例(SVP 基组中的 Cr 2)上展示了其威力,并表明只需约 50 个时间步就可以达到化学精度。
侧重于用于量子模拟的通用量子计算,并通过晶格规定的检查,我们引入了相当通用的量子算法,这些算法可以有效地模拟与多个(Bosonic和Fermionic)量子数的相关变化的某些类别的相互作用,该相互作用具有非构成功能系数的量子数。尤其是,我们使用单数值分解技术分析了哈密顿术语的对角线化,并讨论如何在数字化的时间进化运算符中实现已实现的对角线单位。所研究的晶格计理论是1+1个维度的SU(2)仪表理论,该理论与一个交错的费米子的一种味道结合在一起,为此提供了在不同的综合模型中进行完整的量子资源分析。这些算法被证明适用于高维理论以及其他阿贝尔和非阿布尔仪表理论。选择的示例进一步证明了采用有效的理论表述的重要性:显示出,使用循环,弦乐和强体自由度使用明确的计量不变的配方,可以模拟算法,并降低了与基于Angular-Momentum以及Schwinger-Momentum以及Schwinger-boson-boson Boson drefere的标准配方的成本。尽管挖掘仿真不确定,但循环 - 弦 - 弦 - 弦 - 弦 - 弦乐制剂进一步保留了非亚伯仪对称性,而无需昂贵的控制操作。这种理论和算法考虑因素对于量化与自然相关的其他复杂理论可能至关重要。
量子相关性是执行各种量子插入和计算任务的里程碑资源,例如密钥分布,密码学,超密集的代码和传送,这些量子在经典上并非经典[1]。在执行这样一项任务时,长期保存和维持相关性至关重要[2]。然而,众所周知,它们在任何量子操作(例如噪声环境中的量子通道)下减少[3]。实际上,基于量子信息和计算科学的新技术的现实应用应用中,称为解相关的相关性丧失是现实世界中的主要障碍[4,5]。因此,寻找控制相关性降低并在信息技术中提供的新方法具有很大的兴趣[5,6]。我们将要处理的两分部分中生活的量子相关性的众所周知的量度是形成(EOF)的纠缠(eof),该纠缠量量化了根据最大纠结对准备某个量子状态所需的最低成本和所需量的量子通信[7-11]。
在量子计算机上模拟费米子系统的能力有望彻底改变化学工程、材料设计、核物理等领域。因此,优化模拟电路对于充分利用量子计算机的功能具有重要意义。在这里,我们从两个方面解决这个问题。在容错机制下,我们优化了 rz 和 t 门数以及所需的辅助量子比特数,假设使用乘积公式算法进行实现。与现有技术相比,我们获得了门数节省率为 2 和所需辅助量子比特数节省率为 11。在预容错机制下,我们优化了两量子比特门数,假设使用变分量子特征求解器 (VQE) 方法。具体到后者,我们提出了一个框架,可以使 VQE 进程向费米子系统基态能量收敛的方向引导。该框架基于微扰理论,能够将 VQE 进程每个循环的能量估计值提高约三倍,与试验台上经典可访问的水分子系统中的标准 VQE 方法相比,更接近已知基态能量。改进的能量估计反过来又会节省相应数量的量子资源,例如量子比特和量子门的数量,这些资源需要在已知基态能量的预定公差范围内。我们还探索了一套从费米子到量子比特算子的广义变换,并表明在小规模情况下,资源需求节省高达 20% 以上是可能的。
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2 约束哈密顿系统 13 2.1 没有规范对称性的哈密顿系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................................................................................................................................................................................. 16 2.2.2 稳定性算法....................................................................................................................................................................................................... 17 2.2.3 规范变换....................................................................................................................................................................................................... 19 2.2.4 场论....................................................................................................................................................................................................... 19 2.2.4 场论....................................................................................................................................................................................................... 19 . ... 24 2.3.3 小偏移:量化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...
对于像哈密顿约束这样的图变换算子,定义相干(或半经典)状态变得极其困难。也就是说,用经典相空间中的点标记的状态,算子假设一个期望值,该期望值重现了相空间中该点处相应经典函数的值,并且相对于该期望值的(相对)波动很小。发生这种情况的原因是,LQG [] 的现有相干态是在一组有限的有限图上定义的,这些图非常有效地抑制了给定图标记的自由度的波动。然而,哈密顿约束为它们作用的状态增加了自由度,因此这些自由度的波动不再受到抑制。事实上,哈密顿约束相对于这些相干态的半经典行为相当糟糕。
有关哈密顿路径的背景信息:汉密尔顿路径的概念来自图理论的数学领域。以爱尔兰数学家和物理学家威廉·罗恩·汉密尔顿(William Rowan Hamilton)的名字命名的汉密尔顿路径,[8]是一条仅访问图中每个顶点的路径[15]。简单地将图形视为节点或顶点的集合,然后用边缘连接这些顶点。汉密尔顿路径是一条以一个顶点开始,精确地访问所有其他顶点,并以另一个顶点结束[1]。它本质上是在整个图表中循环的,而无需重复。哈密顿路径与图理论“哈密顿周期”中的另一个概念密切相关。虽然一条汉密尔顿路径完全访问了每个顶点一次,但不一定要以同一顶点开始和结束,但汉密尔顿圆圈形成了一个封闭环,仅访问每个顶点一次,然后以同一顶点[20]理解和研究汉密尔顿路径在诸如数学,计算机科学和网络分析等各种领域具有重要意义。在这项研究中,我们讨论了Hamiltonian途径在DNA和蛋白质测序中的应用。DNA测序确定DNA分子中核苷酸的顺序[17]。探索哈密顿道路及其特征的重要性有多种理由。1。优化问题的有效性:首先,重要的是要注意,图中的哈密顿路径代表提供最高优化级别的最终路径或序列。这在各种实际应用中具有巨大的价值,例如物流计划,调度,解决旅行者问题以及确定多个位置之间最迅速或最有效的途径。
此处r i j =(x i -x j) / a是原子之间的距离,在实验中通过调整晶格间距a来控制。r b称为封锁半径,我们将r b / a视为以下模拟中的自由参数,a =1。< / div>封锁机制对封锁半径内同时激发原子的惩罚,导致了强烈相互互动的量子哈密顿量,在当前和近期实验中可访问的多种晶格上产生了很多丰富的现象。在本文中,我们为哈密顿式等式开发了SSE QMC实施。(1)。本文的其余部分如下组织。sec。 2,我们简要概述了SSE框架。 sec。 3,我们的SSE框架适用于等式中的哈密顿人。 (1)概述了有限温度和基态模拟。 然后,我们在SEC中显示一个和二维的模拟结果。 4,并在第二节发表结论。 5。sec。2,我们简要概述了SSE框架。sec。 3,我们的SSE框架适用于等式中的哈密顿人。 (1)概述了有限温度和基态模拟。 然后,我们在SEC中显示一个和二维的模拟结果。 4,并在第二节发表结论。 5。sec。3,我们的SSE框架适用于等式中的哈密顿人。(1)概述了有限温度和基态模拟。然后,我们在SEC中显示一个和二维的模拟结果。4,并在第二节发表结论。5。