1Khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học Macquarie, Sydney, NSW 2109, Úc
2Nghiên cứu của Google, Venice, CA 90291, Hoa Kỳ
3Khoa Hóa học, Viện Công nghệ California, Pasadena, CA 91125, Hoa Kỳ
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Công việc gần đây đã giảm đáng kể độ phức tạp của cổng cần thiết cho hóa học mô phỏng lượng tử bằng cách sử dụng kết hợp tuyến tính của các phương pháp dựa trên đơn vị để khai thác cấu trúc trong toán tử Coulomb cơ sở sóng phẳng. Ở đây, chúng tôi cho thấy rằng người ta có thể đạt được tỷ lệ tương tự ngay cả đối với các tập cơ sở tùy ý (có thể nhỏ gọn hơn hàng trăm lần so với sóng phẳng) bằng cách sử dụng các bước lượng tử qubit hóa theo cách tận dụng cấu trúc trong toán tử Coulomb, bằng cách khai thác trực tiếp độ thưa thớt, hoặc thông qua hệ số tensor cấp thấp. Chúng tôi cung cấp các mạch cho một số biến thể thuật toán của chúng tôi (tất cả đều cải thiện khả năng mở rộng quy mô của các phương pháp trước đó), bao gồm một mạch có độ phức tạp $widetilde{cal O}(N^{3/2} lambda)$ T, trong đó $N$ là số lượng quỹ đạo và $lambda$ là chuẩn 1 của hóa học Hamilton. Chúng tôi triển khai các thuật toán của mình để mô phỏng phân tử FeMoco (có liên quan đến quá trình cố định Nitơ) và thu được các mạch yêu cầu thể tích không thời gian mã bề mặt ít hơn khoảng XNUMX lần so với các thuật toán lượng tử trước đây cho hệ thống này, mặc dù chúng tôi sử dụng không gian hoạt động lớn hơn và chính xác hơn.
Tóm tắt phổ biến
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] RP Feynman, Tạp chí Vật lý Lý thuyết Quốc tế 21, 467 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02650179
[2] S. Lloyd, Khoa học 273, 1073 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.273.5278.1073
[3] M. Mohseni, P. Read, H. Neven, S. Boixo, V. Denchev, R. Babbush, A. Fowler, V. Smelyanskiy và J. Martinis, Nature 543, 171 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 543171a
[4] A. Aspuru-Guzik, AD Dutoi, PJ Love và M. Head-Gordon, Science 309, 1704 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1113479
[5] AY Kitaev, arXiv:quant-ph/9511026 (1995).
arXiv: quant-ph / 9511026
[6] DS Abrams và S. Lloyd, Thư đánh giá vật lý 79, 2586 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.79.2586
[7] R. Babbush, N. Wiebe, J. McClean, J. McClain, H. Neven và GK-L. Chan, Tạp chí Vật lý X 8, 011044 (2018a).
https:///journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.8.011044
[8] R. Babbush, C. Gidney, DW Berry, N. Wiebe, J. McClean, A. Paler, A. Fowler và H. Neven, Đánh giá vật lý X 8, 041015 (2018b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.041015
[9] ID Kivlichan, C. Gidney, DW Berry, N. Wiebe, J. McClean, W. Sun, Z. Jiang, N. Rubin, A. Fowler, A. Aspuru-Guzik, R. Babbush và H. Neven, arXiv :1902.10673 (2019).
arXiv: 1902.10673
[10] GH Low và N. Wiebe, arXiv:1805.00675 (2018).
arXiv: 1805.00675
[11] R. Babbush, DW Berry, JR McClean và H. Neven, npj Thông tin lượng tử 5, 92 (2019a).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-019-0199-y
[12] JD Whitfield, J. Biamonte và A. Aspuru-Guzik, Vật lý phân tử 109, 735 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268976.2011.552441
[13] D. Wecker, B. Bauer, BK Clark, MB Hastings và M. Troyer, Đánh giá vật lý A 90, 022305 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022305
[14] R. Babbush, J. McClean, D. Wecker, A. Aspuru-Guzik và N. Wiebe, Đánh giá vật lý A 91, 022311 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.022311
[15] D. Poulin, MB Hastings, D. Wecker, N. Wiebe, AC Doherty và M. Troyer, Thông tin và tính toán lượng tử 15, 361 (2015).
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC15.5-6
[16] JT Seeley, MJ Richard và PJ Love, Tạp chí Vật lý Hóa học 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[17] K. Setia và JD Whitfield, Tạp chí Vật lý Hóa học 148, 164104 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5019371
[18] S. Bravyi, JM Gambetta, A. Mezzacapo và K. Temme, arXiv:1701.08213 (2017).
arXiv: 1701.08213
[19] M. Steudtner và S. Wehner, Tạp chí Vật lý mới 20, 063010 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088/1367-2630 / aac54f
[20] Z. Jiang, J. McClean, R. Babbush và H. Neven, arXiv:1812.08190 (2018).
arXiv: 1812.08190
[21] L. Veis và J. Pittner, Tạp chí Vật lý Hóa học 140, 214111 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4880755
[22] DW Berry, M. Kieferová, A. Scherer, YR Sanders, GH Low, N. Wiebe, C. Gidney và R. Babbush, npj Thông tin lượng tử 4, 22 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0071-5
[23] D. Poulin, AY Kitaev, D. Steiger, M. Hastings và M. Troyer, Thư đánh giá vật lý 121, 010501 (2017).
https:///journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.010501
[24] NM Tubman, C. Mejuto-Zaera, JM Epstein, D. Hait, DS Levine, W. Huggins, Z. Jiang, JR McClean, R. Babbush, M. Head-Gordon và KB Whaley, arXiv:1809.05523 (2018) .
arXiv: 1809.05523
[25] GH Low và IL Chuang, Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[26] R. Babbush, DW Berry, ID Kivlichan, AY Wei, PJ Love và A. Aspuru-Guzik, Tạp chí Vật lý mới 18, 33032 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/3/033032
[27] E. Campbell, Thư đánh giá vật lý 123, 070503 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.070503
[28] N. Cody Jones, JD Whitfield, PL McMahon, M.-H. Yung, RV Meter, A. Aspuru-Guzik, và Y. Yamamoto, Tạp chí Vật lý Mới 14, 115023 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115023
[29] M. Reiher, N. Wiebe, KM Svore, D. Wecker và M. Troyer, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia 114, 7555 (2017).
http:///www.pnas.org/content/114/29/7555.abstract
[30] D. Litinski, Lượng tử 3, 128 (2019a).
https: / / quantum-journal.org/ paper / q-2019-03-05-128 /
[31] I. Kassal, SP Jordan, PJ Love, M. Mohseni, và A. Aspuru-Guzik, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia 105, 18681 (2008).
http:///www.pnas.org/content/105/48/18681.abstract
[32] B. Toloui và PJ Love, arXiv:1312.2579 (2013).
arXiv: 1312.2579
[33] MB Hastings, D. Wecker, B. Bauer và M. Troyer, Thông tin và tính toán lượng tử 15, 1 (2015).
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC15.1-2
[34] K. Sugisaki, S. Yamamoto, S. Nakazawa, K. Toyota, K. Sato, D. Shiomi và T. Takui, Tạp chí Hóa lý A 120, 6459 (2016).
https:///doi.org/10.1021/acs.jpca.6b04932
[35] F. Motzoi, MP Kaicher, và FK Wilhelm, Thư đánh giá vật lý 119, 160503 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.160503
[36] M. Motta, E. Ye, JR McClean, Z. Li, AJ Minnich, R. Babbush và GK-L. Chan, arXiv:1808.02625 (2018).
arXiv: 1808.02625
[37] C. Gidney và AG Fowler, Lượng tử 3, 135 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-04-30-135
[38] AG Fowler, M. Mariantoni, JM Martinis và AN Cleland, Đánh giá vật lý A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324
[39] AG Fowler và C. Gidney, arXiv:1808.06709 (2018).
arXiv: 1808.06709
[40] H. Beinert, R. Holm và E. Munck, Science 277, 653 (1997).
https:///doi.org/http:///science.sciencemag.org/content/277/5326/653
[41] M. Szegedy, trong Hội nghị chuyên đề thường niên lần thứ 45 của IEEE về nền tảng khoa học máy tính (IEEE, 2004) trang 32-41.
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2004.53
[42] AM Childs và N. Wiebe, Thông tin và tính toán lượng tử 12, 901 (2012).
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC12.11-12
[43] AM Childs, D. Maslov, Y. Nam, NJ Ross và Y. Su, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia 115, 9456 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[44] GH Low, V. Kliuchnikov và L. Schaeffer, arXiv:1812.00954 (2018).
arXiv: 1812.00954
[45] Z. Li, J. Li, NS Dattani, CJ Umrigar và GK-L. Chan, Tạp chí Vật lý Hóa học 150, 024302 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5063376
[46] EG Hohenstein, SIL Kokkila, RM Parrish và TJ Martinez, Tạp chí Hóa lý B 117, 12972 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1021 / jp4021905
[47] JL Whitten, Tạp chí Vật lý Hóa học 58, 4496 (1973).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1679012
[48] EG Hohenstein và CD Sherrill, Tạp chí Vật lý Hóa học 132, 184111 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3426316
[49] NHF Beebe và J. Linderberg, Tạp chí Quốc tế về Hóa học Lượng tử 12, 683 (1977).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qua.560120408
[50] H. Koch, AS de Meras và TB Pedersen, Tạp chí Vật lý Hóa học 118, 9481 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1578621
[51] F. Aquilante, L. De Vico, N. Ferré, G. Ghigo, P.-Å. Malmqvist, P. Neogrády, TB Pedersen, M. Pitoňák, M. Reiher, BO Roos, L. Serrano-Andrés, M. Urban, V. Veryazov và R. Lindh, Tạp chí Hóa học tính toán 31, 224 (2010).
https:///doi.org/10.1002/jcc.21318
[52] T. Helgaker, P. Jorgensen và J. Olsen, Lý thuyết cấu trúc điện tử phân tử (Wiley, 2002).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[53] B. Peng và K. Kowalski, Tạp chí Lý thuyết và Tính toán Hóa học 13, 4179 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.7b00605
[54] DW Berry, AM Childs, R. Cleve, R. Kothari và RD Somma, trong Kỷ yếu STOC '14 của Hội nghị chuyên đề ACM thường niên lần thứ 46 về Lý thuyết máy tính (2014) trang 283-292.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2591796.2591854
[55] GH Low và IL Chuang, Thư đánh giá vật lý 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[56] ID Kivlichan, J. McClean, N. Wiebe, C. Gidney, A. Aspuru-Guzik, GK-L. Chan và R. Babbush, Thư đánh giá vật lý 120, 110501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.110501
[57] DA Mazziotti, Thư đánh giá vật lý 108, 263002 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.263002
[58] N. Rubin, R. Babbush và J. McClean, Tạp chí Vật lý mới 20, 053020 (2018).
http:///iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/aab919/meta
[59] WA Al-Saidi, S. Zhang và H. Krakauer, Tạp chí Vật lý Hóa học 124, 224101 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2200885
[60] D. Vanderbilt, Tạp chí vật lý B 41, 7892 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.41.7892
[61] V. Giovannetti, S. Lloyd, và L. Maccone, Physical Review Letters 100, 160501 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.160501
[62] C. Gidney, Lượng tử 2, 74 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-06-18-74
[63] R. Babbush, DW Berry và H. Neven, Đánh giá vật lý A 99, 040301 (2019b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.040301
[64] JR McClean, R. Babbush, PJ Love và A. Aspuru-Guzik, Tạp chí Hóa học Vật lý Thư 5, 4368 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1021 / jz501649m
[65] D. Litinski, arXiv:1905.06903 (2019b).
arXiv: 1905.06903
[66] SA Cuccaro, TG Draper, SA Kutin và DP Moulton, arXiv:quant-ph/0410184 (2004).
arXiv: quant-ph / 0410184
Trích dẫn
[1] Tyler Takeshita, Nicholas C. Rubin, Zhang Jiang, Eunseok Lee, Ryan Babbush và Jarrod R. McClean, “Tăng độ chính xác trong biểu diễn của Mô phỏng lượng tử hóa học mà không cần thêm tài nguyên lượng tử”, arXiv: 1902.10679, Đánh giá vật lý X 10 1, 011004 (2020).
[2] Yuta Matsuzawa và Yuki Kurashige, “Sự phân hủy kiểu Jastrow trong Hóa học lượng tử cho các mạch lượng tử có độ sâu thấp”, arXiv: 1909.12410, Tạp chí Lý thuyết và Tính toán Hóa học acs.jctc.9b00963 (2020).
[3] Ryan Babbush, Dominic W. Berry, Jarrod R. McClean và Hartmut Neven, “Mô phỏng lượng tử của hóa học với tỷ lệ tuyến tính theo kích thước cơ sở”, Thông tin lượng tử npj 5 1, 92 (2019).
[4] Jarrod R. McClean, Kevin J. Sung, Ian D. Kivlichan, Yudong Cao, Chengyu Dai, E. Schuyler Fried, Craig Gidney, Brendan Gimby, Pranav Gokhale, Thomas Häner, Tarini Hardikar, Vojtěch Havlíček, Oscar Higgott, Cupjin Huang, Josh Izaac, Zhang Jiang, Xinle Liu, Sam McArdle, Matthew Neeley, Thomas O'Brien, Bryan O'Gorman, Isil Ozfidan, Maxwell D. Radin, Jhonathan Romero, Nicholas Rubin, Nicolas PD Sawaya, Kanav Setia, Sukin Sim, Damian S. Steiger, Mark Steudtner, Qiming Sun, Wei Sun, Daochen Wang, Fang Zhang và Ryan Babbush, “OpenFermion: Gói cấu trúc điện tử cho máy tính lượng tử”, arXiv: 1710.07629.
[5] Ian D. Kivlichan, Craig Gidney, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, Wei Sun, Zhang Jiang, Nicholas Rubin, Austin Fowler, Alán Aspuru-Guzik, Hartmut Neven và Ryan Babbush, “Lỗi được cải thiện- Mô phỏng lượng tử dung sai của các electron tương quan pha ngưng tụ thông qua quá trình Trotterization”, arXiv: 1902.10673.
[6] Ryan Babbush, Dominic W. Berry và Hartmut Neven, “Mô phỏng lượng tử của mô hình Sachdev-Ye-Kitaev bằng phương pháp qubit hóa bất đối xứng”, Đánh giá vật lý A 99 4, 040301 (2019).
[7] William M. Kirby và Peter J. Love, “Kiểm tra bối cảnh về tính phi cổ điển của các bộ giải mã riêng lượng tử biến thiên”, Thư đánh giá vật lý 123 20, 200501 (2019).
[8] Craig Gidney và Martin Ekerå, “Cách phân tích số nguyên RSA 2048 bit trong 8 giờ bằng cách sử dụng 20 triệu qubit nhiễu”, arXiv: 1905.09749.
[9] Craig Gidney, “Số học lượng tử có cửa sổ”, arXiv: 1905.07682.
[10] William J. Huggins, Jarrod McClean, Nicholas Rubin, Zhang Jiang, Nathan Wiebe, K. Birgitta Whaley và Ryan Babbush, “Các phép đo chống ồn và hiệu quả cho hóa học lượng tử trên máy tính lượng tử thời gian ngắn”, arXiv: 1907.13117.
[11] Craig Gidney và Austin G. Fowler, “Bố trí linh hoạt các tính toán mã bề mặt bằng cách sử dụng trạng thái AutoCCZ”, arXiv: 1905.08916.
[12] Jarrod R. McClean, Fabian M. Faulstich, Qinyi Zhu, Bryan O'Gorman, Yiheng Qiu, Steven R. White, Ryan Babbush và Lin Lin, “Sự rời rạc Galerkin không liên tục để mô phỏng lượng tử hóa học”, arXiv: 1909.00028.
[13] Yingkai Ouyang, David R. White và Earl Campbell, “Biên soạn bằng phương pháp phân rã Hamiltonian ngẫu nhiên”, arXiv: 1910.06255.
[14] Kenji Sugisaki, Shigeaki Nakazawa, Kazuo Toyota, Kazunobu Sato, Daisuke Shiomi và Takeji Takui, “Hóa học lượng tử trên máy tính lượng tử: mô phỏng lượng tử về sự tiến hóa theo thời gian của các hàm sóng dưới toán tử S2 và xác định số lượng tử spin S ”, Vật lý Hóa học Vật lý hóa học (Kết hợp các giao dịch Faraday) 21 28, 15356 (2019).
Các trích dẫn trên là từ Dịch vụ trích dẫn của Crossref (cập nhật lần cuối thành công 2020-01-22 20:52:08) và SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2020 / 01-22 20:52:09). 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.
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2019 / 12-02-208 /
