Logo Zephyrnet

Mạch lượng tử phổ quát cho hóa học lượng tử

Ngày:

Juan Miguel Arrazola, Olivia Di Matteo, Nicolás Quesada, Soran Jahangiri, Alain Delgado và Nathan Killoran

Xanadu, Toronto, BẬT, M5G 2C8, Canada

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Bộ cổng vạn năng cho tính toán lượng tử đã được biết đến trong nhiều thập kỷ, nhưng chưa có bộ cổng vạn năng nào được đề xuất cho các đơn nguyên bảo toàn hạt, vốn là các phép toán quan tâm trong hóa học lượng tử. Trong công trình này, chúng tôi chỉ ra rằng các cổng kích từ đơn có điều khiển ở dạng quay Givens là phổ biến cho các đơn nguyên bảo toàn hạt. Các cổng kích thích đơn mô tả một phép quay $ U (2) $ tùy ý trên không gian con hai qubit được kéo dài bởi các trạng thái $ | 01rangle, | 10rangle $, trong khi giữ nguyên các trạng thái khác - một phép biến đổi tương tự như phép quay một qubit trên một qubit hai đường sắt. Chứng minh mang tính xây dựng, vì vậy kết quả của chúng tôi cũng cung cấp một phương pháp rõ ràng để biên dịch các đơn nguyên bảo toàn hạt tùy ý. Ngoài ra, chúng tôi mô tả một phương pháp sử dụng các cổng kích thích đơn có điều khiển để chuẩn bị một trạng thái tùy ý của một số lượng hạt cố định. Chúng tôi suy ra các công thức gradient phân tích cho các phép quay Givens cũng như phân rã thành các cổng đơn qubit và CNOT. Kết quả của chúng tôi cung cấp một khuôn khổ thống nhất cho hóa học tính toán lượng tử, trong đó mọi thuật toán là một công thức độc đáo được xây dựng từ các thành phần phổ quát giống nhau: Cho phép quay.

Công trình này cho thấy một loại cổng đặc biệt, được gọi là cổng kích thích đơn có điều khiển, có thể được sử dụng để xây dựng bất kỳ mạch lượng tử nào bảo toàn số lượng hạt trong hệ fermionic. Đây là những phép biến đổi chính được quan tâm trong hóa học lượng tử. Các cổng kích thích đơn có điều khiển là ví dụ về các phép quay Givens, do đó có thể được xem như các khối xây dựng phổ quát của các mạch lượng tử cho hóa học lượng tử.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Sam McArdle, Suguru Endo, Alan Aspuru-Guzik, Simon C Benjamin và Xiao Yuan. “Hóa học tính toán lượng tử”. Nhận xét của Vật lý hiện đại 92, 015003 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.92.015003

[2] Yudong Cao, Jonathan Romero, Jonathan P Olson, Matthias Degroote, Peter D Johnson, Mária Kieferová, Ian D Kivlichan, Tim Menke, Borja Peropadre, Nicolas PD Sawaya, và những người khác. “Hóa học lượng tử trong thời đại điện toán lượng tử”. Đánh giá hóa học 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803

[3] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M Svore, Dave Wecker và Matthias Troyer. “Cơ chế phản ứng làm sáng tỏ trên máy tính lượng tử”. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia 114, 7555–7560 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[4] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik và Jeremy L O'Brien. “Bộ giải giá trị riêng đa dạng trên bộ xử lý lượng tử quang tử”. Truyền thông Tự nhiên 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[5] Peter JJ O'Malley, Ryan Babbush, Ian D Kivlichan, Jonathan Romero, Jarrod R McClean, Rami Barends, Julian Kelly, Pedram Roushan, Andrew Tranter, Nan Ding, và những người khác. “Mô phỏng lượng tử có thể mở rộng của năng lượng phân tử”. Đánh giá vật lý X 6, 031007 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.031007

[6] Jarrod R McClean, Mollie E Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter và Wibe A De Jong. “Hệ thống phân cấp lượng tử-cổ điển kết hợp để giảm thiểu sự rời rạc và xác định trạng thái kích thích”. Ôn tập vật lý A 95, 042308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308

[7] Ilya G Ryabinkin, Scott N Genin và Artur F Izmaylov. “Bộ giải riêng lượng tử biến phân bị ràng buộc: Công cụ tìm kiếm máy tính lượng tử trong không gian fock”. Tạp chí Lý thuyết và Tính toán Hóa học 15, 249–255 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00943

[8] Kosuke Mitarai, Yuya O Nakagawa và Wataru Mizukami. “Lý thuyết về đạo hàm năng lượng phân tích cho bộ giải riêng lượng tử biến phân”. Nghiên cứu đánh giá vật lý 2, 013129 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013129

[9] Yohei Ibe, Yuya O. Nakagawa, Nathan Earnest, Takahiro Yamamoto, Kosuke Mitarai, Qi Gao và Takao Kobayashi. “Tính biên độ chuyển tiếp bằng cách giảm phát lượng tử biến thiên”. Vật lý. Nghiên cứu Rev. 4, 013173 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.013173

[10] P Jordan và E Wigner. “Über das paulische äquivalenzverbot”. Zeitschrift für Physik 47, 631–651 (1928).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-02781-3_9

[11] Seth Lloyd. “Hầu hết mọi cổng logic lượng tử đều có tính phổ quát”. Thư đánh giá vật lý 75, 346 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.75.346

[12] David P DiVincenzo. “Cổng hai bit rất phổ biến cho tính toán lượng tử”. Tạp chí Vật lý A 51, 1015 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.51.1015

[13] Michael A Nielsen, Isaac L Chuang, Isaac L Chuang, và những người khác. “Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử”. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[14] Michał Oszmaniec và Zoltán Zimborás. “Mở rộng phổ quát của các lớp hoạt động lượng tử bị hạn chế”. Thư đánh giá vật lý 119, 220502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.220502

[15] Nicholas J Ward, Ivan Kassal và Alán Aspuru-Guzik. “Chuẩn bị các trạng thái nhiều vật thể cho mô phỏng lượng tử”. Tạp chí Vật lý Hóa học 130, 194105 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3115177

[16] Hefeng Wang, S Ashhab và Franco Nori. “Thuật toán lượng tử hiệu quả để chuẩn bị các trạng thái giống như hệ thống phân tử trên máy tính lượng tử”. Đánh giá vật lý A 79, 042335 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.79.042335

[17] Zhang Jiang, Kevin J Sung, Kostyantyn Kechedzhi, Vadim N Smelyanskiy và Sergio Boixo. “Các thuật toán lượng tử để mô phỏng vật lý nhiều hạt của các fermion tương quan”. Đánh giá vật lý Áp dụng ngày 9, 044036 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.9.044036

[18] Yordan S Yordanov, David RM Arvidsson-Shukur và Crispin HW Barnes. “Mạch lượng tử hiệu quả cho hóa học tính toán lượng tử”. Đánh giá vật lý A 102, 062612 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.062612

[19] Bryan T Gard, Linghua Zhu, George S Barron, Nicholas J Mayhall, Sophia E Economou và Edwin Barnes. “Các mạch chuẩn bị trạng thái bảo toàn đối xứng hiệu quả cho thuật toán giải mã riêng lượng tử biến thiên”. Thông tin lượng tử npj 6, 1–9 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0240-1

[20] Gian-Luca R Anselmetti, David Wierichs, Christian Gogolin và Robert M Parrish. “Vqe ansätze cục bộ, biểu cảm, bảo toàn số lượng tử cho các hệ fermionic”. Tạp chí Vật lý mới số 23, 113010 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ac2cb3

[21] MH Yung, Jorge Casanova, Antonio Mezzacapo, Jarrod Mcclean, Lucas Lamata, Alan Aspuru-Guzik và Enrique Solano. “Từ bóng bán dẫn đến máy tính bẫy ion cho hóa học lượng tử”. Báo cáo khoa học 4, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep03589

[22] Jonathan Romero, Ryan Babbush, Jarrod R McClean, Cornelius Hempel, Peter J Love và Alán Aspuru-Guzik. “Các chiến lược cho năng lượng phân tử tính toán lượng tử bằng cách sử dụng ansatz cụm liên kết đơn nhất”. Khoa học và Công nghệ Lượng tử 4, 014008 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aad3e4

[23] Harper R Grimsley, Sophia E Economou, Edwin Barnes và Nicholas J Mayhall. “Một thuật toán biến thiên thích ứng để mô phỏng phân tử chính xác trên máy tính lượng tử”. Truyền thông Tự nhiên 10, 1–9 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-10988-2

[24] Ho Lun Tang, VO Shkolnikov, George S Barron, Harper R Grimsley, Nicholas J Mayhall, Edwin Barnes và Sophia E Economou. “qubit-adapt-vqe: Một thuật toán thích ứng để xây dựng ansätze hiệu quả về phần cứng trên bộ xử lý lượng tử”. PRX Lượng tử 2, 020310 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020310

[25] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow và Jay M Gambetta. “Bộ phân tích lượng tử biến thiên hiệu quả về phần cứng cho các phân tử nhỏ và nam châm lượng tử”. Nature 549, 242–246 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên23879

[26] Panagiotis Kl Barkoutsos, Jerome F Gonthier, Igor Sokolov, Nikolaj Moll, Gian Salis, Andreas Fuhrer, Marc Ganzhorn, Daniel J Egger, Matthias Troyer, Antonio Mezzacapo, và những người khác. “Các thuật toán lượng tử để tính toán cấu trúc điện tử: Hamiltonian lỗ hạt và mở rộng hàm sóng được tối ưu hóa”. Đánh giá vật lý A 98, 022322 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022322

[27] Ilya G Ryabinkin, Tzu-Ching Yen, Scott N Genin và Artur F Izmaylov. “Phương pháp cụm kết hợp Qubit: một cách tiếp cận có hệ thống đối với hóa học lượng tử trên máy tính lượng tử”. Tạp chí Lý thuyết và Tính toán Hóa học 14, 6317–6326 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00932

[28] Yuta Matsuzawa và Yuki Kurashige. “Sự phân hủy kiểu Jastrow trong hóa học lượng tử cho các mạch lượng tử có độ sâu thấp”. Tạp chí Lý thuyết và Tính toán Hóa học 16, 944–952 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b00963

[29] Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Alain Delgado, Jack Ceroni, Josh Izaac, Antal Száva, Utkarsh Azad, Robert A Lang, Zeyue Niu, Olivia Di Matteo, và những người khác. “Hóa học tính toán lượng tử khác biệt với PennyLane” (2021). url: doi.org/​10.48550/​arXiv.2111.09967.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2111.09967

[30] Scott Aaronson, Daniel Grier và Luke Schaeffer. “Việc phân loại các hoạt động bit có thể đảo ngược” (2015). url: doi.org/​10.48550/​arXiv.1504.05155.
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1504.05155

[31] Michael Reck, Anton Zeilinger, Herbert J Bernstein và Philip Bertani. “Thực nghiệm thực hiện bất kỳ toán tử đơn nhất rời rạc nào”. Thư đánh giá vật lý 73, 58 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.73.58

[32] William R Clements, Peter C Humphreys, Benjamin J Metcalf, W Steven Kolthammer và Ian A Walmsley. “Thiết kế tối ưu cho giao thoa kế đa cổng”. Quang 3, 1460–1465 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.3.001460

[33] Hubert de Guise, Olivia Di Matteo và Luis L Sánchez-Soto. “Phân tích nhân tử đơn giản của các phép biến đổi đơn vị”. Đánh giá vật lý A 97, 022328 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.022328

[34] Mikko Möttönen, Juha J Vartiainen, Ville Bergholm và Martti M Salomaa. “Sự chuyển đổi trạng thái lượng tử bằng cách sử dụng các phép quay được điều khiển đồng đều”. Thông tin & Tính toán Lượng tử 5, 467–473 (2005).
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC5.6-5

[35] Jakob S Kottmann, Abhinav Anand và Alán Aspuru-Guzik. “Một cách tiếp cận khả thi cho cụm ghép đơn nhất có thể phân biệt tự động trên máy tính lượng tử”. Khoa học hóa học (2021).
https: / / doi.org/ 10.1039 / D0SC06627C

[36] Andrea Mari, Thomas R Bromley và Nathan Killoran. “Ước tính độ dốc và đạo hàm bậc cao trên phần cứng lượng tử”. Đánh giá vật lý A 103, 012405 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.012405

Trích dẫn

[1] Abhinav Anand, Philipp Schleich, Sumner Alperin-Lea, Phillip WK Jensen, Sukin Sim, Manuel Díaz-Tinoco, Jakob S. Kottmann, Matthias Degroote, Artur F. Izmaylov và Alán Aspuru-Guzik, “Quan điểm về máy tính lượng tử về Lý thuyết cụm kết hợp đơn nhất”, arXiv: 2109.15176.

[2] I. Stetcu, A. Baroni và J. Carlson, “Các phương pháp tiếp cận đa dạng để xây dựng trạng thái hạt nhân cơ bản nhiều hạt cho điện toán lượng tử”, arXiv: 2110.06098.

[3] Kaining Zhang, Min-Hsiu Hsieh, Liu Liu và DaThành Tao, “Khởi tạo Gaussian giúp các mạch lượng tử biến thiên sâu thoát khỏi cao nguyên cằn cỗi”, arXiv: 2203.09376.

[4] Daniel Huerga, “Mô phỏng lượng tử biến thiên của chất rắn liên kết hóa trị”, arXiv: 2201.02545.

[5] Luogen Xu, Joseph T. Lee và JK Freericks, “Sự phân rã của các toán tử cụm đơn nhất được hệ số hóa cấp cao bằng cách sử dụng các đối tác cấp thấp được kiểm soát ancilla và multiqubit”, Đánh giá vật lý A 105 1, 012406 (2022).

[6] Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Alain Delgado, Jack Ceroni, Josh Izaac, Antal Száva, Utkarsh Azad, Robert A. Lang, Zeyue Niu, Olivia Di Matteo, Romain Moyard, Jay Soni, Maria Schuld, Rodrigo A. Vargas -Hernández, Teresa Tamayo-Mendoza, Cedric Yen-Yu Lin, Alán Aspuru-Guzik và Nathan Killoran, “Hóa học tính toán lượng tử khác biệt với PennyLane”, arXiv: 2111.09967.

[7] Michael A. Jones, Harish J. Vallury, Charles D. Hill, and Lloyd C. L. Hollenberg, “Chemistry beyond the Hartree-Fock limit via quantum computed moments”, arXiv: 2111.08132.

[8] Vlad Gheorghiu, Michele Mosca và Priyanka Mukhopadhyay, “Số lượng T và độ sâu T của bất kỳ đơn vị nhiều qubit nào”, arXiv: 2110.10292.

[9] Davide Castaldo, Soran Jahangiri, Alain Delgado và Stefano Corni, “Mô phỏng lượng tử của các phân tử trong dung dịch”, arXiv: 2111.13458.

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 06-20 15:30:56). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2022 / 06-20 15:30:55: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2022 / 06-20-742 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img