Resource-efficient digital quantum simulation of d-level systems for photonic, vibrational, and spin-s Hamiltonians
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Simulation of quantum systems is expected to be one of the most important applications of quantum computing, with much of the theoretical work so far having focused on fermionic and spin- $$\frac{1}{2}$$ 1 2 systems. Here, we instead consider encodings of d -level (i.e., qudit) quantum operators into multi-qubit operators, studying resource requirements for approximating operator exponentials by Trotterization. We primarily focus on spin- s and truncated bosonic operators in second quantization, observing desirable properties for approaches based on the Gray code, which to our knowledge has not been used in this context previously. After outlining a methodology for implementing an arbitrary encoding, we investigate the interplay between Hamming distances, sparsity patterns, bosonic truncation, and other properties of local operators. Finally, we obtain resource counts for five common Hamiltonian classes used in physics and chemistry, while modeling the possibility of converting between encodings within a Trotter step. The most efficient encoding choice is heavily dependent on the application and highly sensitive to d , although clear trends are present. These operation count reductions are relevant for running algorithms on near-term quantum hardware because the savings effectively decrease the required circuit depth. Results and procedures outlined in this work may be useful for simulating a broad class of Hamiltonians on qubit-based digital quantum computers.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».