1Google Quantum AI, Mountain View, CA, 94043
2Quantum Simulation Technologies, Inc., Cambridge, MA 02139
3Afdeling Chemie en Chemische Technologie, California Institute of Technology, Pasadena CA 91125
Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.
Abstract
De fermionische kwantumemulator (FQE) is een verzameling protocollen voor het emuleren van kwantumdynamica van fermionen, waarbij efficiënt wordt geprofiteerd van gemeenschappelijke symmetrieën die aanwezig zijn in chemische systemen, materialen en systemen met gecondenseerde materie. De bibliotheek is volledig geïntegreerd met het softwarepakket OpenFermion en dient als simulatie-backend. De FQE vermindert de geheugenvoetafdruk door gebruik te maken van getal- en spinsymmetrie, samen met aangepaste evolutieroutines voor schaarse en dichte Hamiltonianen, waardoor we aanzienlijk grotere kwantumcircuits kunnen bestuderen tegen bescheiden rekenkosten in vergelijking met qubit-toestandsvectorsimulators. Deze release paper schetst de technische details van de simulatiemethoden en de belangrijkste voordelen.
► BibTeX-gegevens
► Referenties
[1] Daniel S Abrams en Seth Lloyd. Simulatie van Many-Body Fermi-systemen op een universele kwantumcomputer. Fys. Rev. Lett., 79 (13): 4, 1997. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.79.2586.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.79.2586
[2] E. Anderson, Z. Bai, C. Bischof, S. Blackford, J. Demmel, J. Dongarra, J. Du Croz, A. Greenbaum, S. Hammarling, A. McKenney en D. Sorensen. LAPACK-gebruikersgids. Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, PA, derde editie, 1999. ISBN 0-89871-447-8 (paperback). URL https://www.netlib.org/lapack/lug/.
https:///www.netlib.org/lapack/lug/
[3] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Sergio Boixo, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Yu Chen, Zijun Chen, Benjamin Chiaro , Roberto Collins, William Courtney, Sean Demura, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Austin Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, William J Huggins, Lev Ioffe, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Seon Kim, Paul V. Klimov, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Mike Lindmark, Erik Lucero, Orion Martin, John M. Martinis, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Masoud Mohseni, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Hartmut Neven, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Eric Ostby, Andre Petukhov, Harald Putterman, Chris Quintan a, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Doug Strain, Kevin J. Sung, Marco Szalay, Tyler Y. Takeshita, Amit Vainsencher, Theodore White, Nathan Wiebe, Z. Jamie Yao , Ping Yeh en Adam Zalcman. Hartree-fock op een supergeleidende qubit-kwantumcomputer. Wetenschap, 369 (6507): 1084-1089, 2020. ISSN 0036-8075. 10.1126/science.abb9811. URL https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1084.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abb9811
https: / / science.sciencemag.org/ content / 369/6507/1084
[4] Alan Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love en Martin Head-Gordon. Gesimuleerde kwantumberekening van moleculaire energieën. Wetenschap, 309 (5741): 1704, 2005. 10.1126/science.1113479.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479
[5] Gregory J. Atchity en Klaus Ruedenberg. Orbitale transformaties en configuratietransformaties van elektronische golffuncties. J. Chem. Phys., 111 (7): 2910-2920, 1999. 10.1063/1.479573. URL https://doi.org/10.1063/1.479573.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.479573
[6] Sergio Boixo, Sergei V Isakov, Vadim N Smelyanskiy en Hartmut Neven. Simulatie van kwantumcircuits met een lage diepte als complexe ongerichte grafische modellen. arXiv preprint arXiv:1712.05384, 2017. URL https://arxiv.org/abs/1712.05384.
arXiv: 1712.05384
[7] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset en Mark Howard. Simulatie van kwantumcircuits door decomposities van laagwaardige stabilisatoren. Quantum, 3: 181, 2019. URL https:///dx.doi.org/10.22331/q-2019-09-02-181.
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-02-181
[8] Jia Chen, Hai-Ping Cheng en James K. Freericks. Quantum-geïnspireerd algoritme voor de gefactoriseerde vorm van unitaire gekoppelde clustertheorie. J. Chem. Theorie berekening, 17 (2): 841-847, 2021. 10.1021/acs.jctc.0c01052. URL https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.0c01052.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.0c01052
[9] Cirq-ontwikkelaars. Cirq, maart 2021. URL https://doi.org/10.5281/zenodo.4586899. Bekijk de volledige lijst met auteurs op Github: https://github.com/quantumlib/Cirq/graphs/contributors.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.4586899
[10] William R Clements, Peter C Humphreys, Benjamin J Metcalf, W Steven Kolthammer en Ian A Walmsley. Optimaal ontwerp voor universele multipoort interferometers. Optica, 3 (12): 1460-1465, 2016. 10.1364/OPTICA.3.001460. URL https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-3-12-1460.
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.3.001460
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-3-12-1460
[11] Francesco A. Evangelista, Garnet Kin-Lic Chan en Gustavo E. Scuseria. Exacte parametrisering van fermionische golffuncties via unitaire gekoppelde clustertheorie. J. Chem. Phys., 151 (24): 244112, 2019. 10.1063/1.5133059. URL https://doi.org/10.1063/1.5133059.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5133059
[12] Richard P Feynman. Natuurkunde simuleren met computers. Int. J. Theor. Phys., 21 (6-7): 467-488, 1982. ISSN 00207748. 10.1007/BF02650179.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02650179
[13] Maria-Andreea Filip en Alex JW Thom. Een stochastische benadering van unitair gekoppeld cluster. J. Chem. Phys., 153 (21): 214106, 2020. 10.1063/5.0026141. URL https://doi.org/10.1063/5.0026141.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0026141
[14] Johnnie Gray en Stefanos Kourtis. Hyper-geoptimaliseerde samentrekking van het tensornetwerk. Quantum, 5: 410, 2021. URL https:///dx.doi.org/10.22331/q-2021-03-15-410.
https://doi.org/10.22331/q-2021-03-15-410
[15] Robert J. Harrison en Sohrab Zarrabian. Een efficiënte implementatie van de full-ci-methode met behulp van een (n–2)-elektronenprojectieruimte. Chem. Fys. Lett., 158 (5): 393-398, 1989. ISSN 0009-2614. https://doi.org/10.1016/0009-2614(89)87358-0. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009261489873580.
https://doi.org/10.1016/0009-2614(89)87358-0
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009261489873580
[16] Cupjin Huang, Fang Zhang, Michael Newman, Junjie Cai, Xun Gao, Zhengxiong Tian, Junyin Wu, Haihong Xu, Huanjun Yu, Bo Yuan, et al. Klassieke simulatie van quantum suprematie circuits. arXiv preprint arXiv:2005.06787, 2020. URL https://arxiv.org/abs/2005.06787.
arXiv: 2005.06787
[17] Yifei Huang en Peter Liefde. Geschatte stabilisatorrang en verbeterde zwakke simulatie van door clifford gedomineerde circuits voor qudits. Fys. Rev. A, 99: 052307, mei 2019. 10.1103/PhysRevA.99.052307. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.99.052307.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052307
[18] Yifei Huang en Peter Liefde. Feynman-pad-type simulatie met behulp van stabilisatorprojectorontleding van unitaries. Fys. Rev. A, 103: 022428, februari 2021. 10.1103/PhysRevA.103.022428. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.103.022428.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.022428
[19] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow en Jay M Gambetta. Hardware-efficiënte variatiekwantum-eigensolver voor kleine moleculen en kwantummagneten. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https://doi.org/10.1038/nature23879. URL https://www.nature.com/articles/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879
https: / / www.nature.com/ artikelen / nature23879
[20] Peter J. Knowles en Nicholas C. Handy. Een op determinanten gebaseerd programma voor volledige configuratie-interactie. Berekenen. Fys. Comm., 54 (1): 75-83, 1989. ISSN 0010-4655. https://doi.org/10.1016/0010-4655(89)90033-7. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0010465589900337.
https://doi.org/10.1016/0010-4655(89)90033-7
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/0010465589900337
[21] PJ Knowles en NC Handy. Een nieuwe op determinanten gebaseerde volledige configuratie-interactiemethode. Chem. Fys. Lett., 111 (4): 315-321, 1984. ISSN 0009-2614. https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)85513-X. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926148485513X.
https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)85513-X
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926148485513X
[22] R Kosloff. Voortplantingsmethoden voor kwantummoleculaire dynamica. Ann. Rev. Phys. Chem., 45 (1): 145-178, 1994. 10.1146/annurev.pc.45.100194.001045. URL https://doi.org/10.1146/annurev.pc.45.100194.001045.
https://doi.org/10.1146/annurev.pc.45.100194.001045
[23] Joonho Lee, William J Huggins, Martin Head-Gordon en K Birgitta Whaley. Gegeneraliseerde unitair gekoppelde clustergolffuncties voor kwantumberekening. J. Chem. Theory Comput., 15 (1): 311-324, 2018. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.8b01004. URL https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.8b01004.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b01004
[24] Xiu-Zhe Luo, Jin-Guo Liu, Pan Zhang en Lei Wang. ja. jl: Uitbreidbaar, efficiënt raamwerk voor het ontwerpen van kwantumalgoritmen. Quantum, 4: 341, 2020. https:///doi.org/10.22331/q-2020-10-11-341. URL https://quantum-journal.org/papers/q-2020-10-11-341/.
https://doi.org/10.22331/q-2020-10-11-341
https: / / quantum-journal.org/ papers / q-2020-10-11-341 /
[25] Per ke Malmqvist. Berekening van transitiedichtheidsmatrices door niet-unitaire orbitale transformaties. Int. J. Quantum Chem., 30 (4): 479-494, 1986. https://doi.org/10.1002/qua.560300404. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/qua.560300404.
https: / / doi.org/ 10.1002 / qua.560300404
[26] Igor L Markov en Yaoyun Shi. Kwantumberekening simuleren door Tensor-netwerken te contracteren. SIAM J. Comput., 38 (3): 963–981, 2008. ISSN 0097-5397. 10.1137/050644756. URL http:///epubs.siam.org/doi/abs/10.1137/050644756.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 050644756
[27] Jarrod R McClean, Nicholas C Rubin, Kevin J Sung, Ian D Kivlichan, Xavier Bonet-Monroig, Yudong Cao, Chengyu Dai, E Schuyler Fried, Craig Gidney, Brendan Gimby, et al. Openfermion: het elektronische structuurpakket voor kwantumcomputers. Quantum Wetenschap en Technologie, 5 (3): 034014, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8ebc. URL https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab8ebc.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8ebc
[28] A. Mitrushchenkov en H.-J. Werner. Berekening van overgangsmomenten tussen intern gecontracteerde mrci-golffuncties met niet-orthogonale orbitalen. Mol. Phys., 105 (9): 1239-1249, 2007. 10.1080/00268970701326978. URL https://doi.org/10.1080/0026897070132697.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268970701326978
[29] Mario Motta, Erika Ye, Jarrod R McClean, Zhendong Li, Austin J Minnich, Ryan Babbush en Garnet Kin-Lic Chan. Lage rangrepresentaties voor kwantumsimulatie van elektronische structuur. arXiv preprint arXiv:1808.02625, 2018. URL https://arxiv.org/abs/1808.02625.
arXiv: 1808.02625
[30] Jeppe Olsen, Björn O. Roos, Poul Jørgensen en Hans J. "Aa". Jensen. Op determinanten gebaseerde configuratie-interactie-algoritmen voor complete en beperkte configuratie-interactieruimten. J. Chem. Phys., 89 (4): 2185-2192, 1988. 10.1063/1.455063. URL https://doi.org/10.1063/1.455063.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.455063
[31] G Ortiz, J Gubernatis, E Knill en R Laflamme. Kwantumalgoritmen voor fermionische simulaties. Fys. Rev. A, 64 (2): 22319, 2001. ISSN 1050-2947. 10.1103/PhysRevA.64.022319. URL http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.64.022319.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.022319
[32] Quantum AI-team en medewerkers. qsim, september 2020. URL https:///doi.org/10.5281/zenodo.4023103.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.4023103
[33] Nicholas C. Rubin, Toru Shiozaki, Kyle Throssell, Garnet K.-L. Chan en Ryan Babbush. De Fermionic Quantum Emulator: https://github.com/quantumlib/openfermion-fqe, aug 2020. URL https://github.com/quantumlib/OpenFermion-FQE.
https:///github.com/quantumlib/OpenFermion-FQE
[34] C. David Sherrill en Henry F. Schaefer. De configuratie-interactiemethode: vooruitgang in sterk gecorreleerde benaderingen. Vooruitgang in kwantumchemie, 34 (C): 143-269, 1999. ISSN 00653276. 10.1016/S0065-3276(08)60532-8.
https://doi.org/10.1016/S0065-3276(08)60532-8
[35] Toru Shiozaki. Bagel: Briljant geavanceerde bibliotheek met algemene elektronische structuur. Wiley Interdiscipel. Rev. Computer. Mol. Sci., 8 (1): e1331, 2018. https://doi.org/10.1002/wcms.1331. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/wcms.1331.
https: / / doi.org/ 10.1002 / wcms.1331
[36] Per EM Siegbahn. Een nieuwe directe ci-methode voor grote ci-uitbreidingen in een kleine orbitale ruimte. Chem. Fys. Lett., 109 (5): 417-423, 1984. ISSN 0009-2614. https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)80336-X. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926148480336X.
https://doi.org/10.1016/0009-2614(84)80336-X
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926148480336X
[37] Mikhail Smelyanskiy, Nicolas PD Sawaya en Alan Aspuru-Guzik. qhipster: De quantum high-performance software testomgeving. arXiv preprint arXiv:1601.07195, 2016. URL https://arxiv.org/abs/1601.07195.
arXiv: 1601.07195
[38] Daniel GA Smith, Lori A Burns, Andrew C Simmonett, Robert M Parrish, Matthew C Schieber, Raimondas Galvelis, Peter Kraus, Holger Kruse, Roberto Di Remigio, Asem Alenaizan, et al. Psi4 1.4: Open-sourcesoftware voor kwantumchemie met hoge doorvoer. J. Chem. Phys., 152 (18): 184108, 2020. https:///doi.org/10.1063/5.0006002. URL https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0006002.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0006002
[39] Nicholas H Trap en Francesco A Evangelista. Qforte: een efficiënte toestandssimulator en bibliotheek met kwantumalgoritmen voor moleculaire elektronische structuur. arXiv preprint arXiv:2108.04413, 2021. URL https://arxiv.org/abs/2108.04413.
arXiv: 2108.04413
[40] Qiming Sun, Timothy C Berkelbach, Nick S Blunt, George H Booth, Sheng Guo, Zhendong Li, Junzi Liu, James D McClain, Elvira R Sayfutyarova, Sandeep Sharma, et al. Pyscf: de op Python gebaseerde simulaties van het scheikunderaamwerk. Wiley Interdiscipel. Rev. Computer. Mol. Sci., 8 (1): e1340, 2018. https://doi.org/10.1063/5.0006002. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/wcms.1340.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0006002
https:///onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/wcms.1340
[41] Yasunari Suzuki, Yoshiaki Kawase, Yuya Masumura, Yuria Hiraga, Masahiro Nakadai, Jiabao Chen, Ken M Nakanishi, Kosuke Mitarai, Ryosuke Imai, Shiro Tamiya, et al. Qulacs: een snelle en veelzijdige quantumcircuitsimulator voor onderzoeksdoeleinden. arXiv preprint arXiv:2011.13524, 2020. URL https://arxiv.org/abs/2011.13524. https://doi.org/10.22331/q-2021-10-06-559.
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-06-559
arXiv: 2011.13524
[42] Barbara M. Terhal en David P. DiVincenzo. Klassieke simulatie van niet-interagerende fermion-quantumcircuits. Fys. Rev. A, 65: 032325, maart 2002. 10.1103/PhysRevA.65.032325. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.65.032325.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325
Geciteerd door
[1] William J. Huggins, Bryan A. O'Gorman, Nicholas C. Rubin, David R. Reichman, Ryan Babbush en Joonho Lee, "Onbevooroordeeld Fermionic Quantum Monte Carlo met een Quantum Computer", arXiv: 2106.16235.
[2] Nicholas C. Rubin, Joonho Lee en Ryan Babbush, "Compressie van fermionoperators met meerdere lichamen onder unitaire beperkingen", arXiv: 2109.05010.
[3] Nicholas H. Stair en Francesco A. Evangelista, "QForte: een efficiënte toestandssimulator en kwantumalgoritmenbibliotheek voor moleculaire elektronische structuur", arXiv: 2108.04413.
[4] Qingchun Wang, Huan-Yu Liu, Qing-Song Li, Ye Li, Yahui Chai, Qiankun Gong, Haotian Wang, Yu-Chun Wu, Yong-Jian Han, Guang-Can Guo en Guo-Ping Guo, “ ChemiQ: een chemiesimulator voor kwantumcomputer”, arXiv: 2106.10162.
[5] Gaurav Gyawali en Michael J. Lawler, "Inzichten uit een adaptieve variatiegolffunctiestudie van het Fermi-Hubbard-model", arXiv: 2109.12126.
Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2021-10-28 03:49:42). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.
On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2021-10-28 03:49:40).
Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.
PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.
