Efficient quantum algorithm to simulate open systems through a single environmental qubit
Notice bibliographique
Résumé
We present an efficient algorithm for simulating open quantum systems dynamics described by the Lindblad master equation on quantum computers, addressing key challenges in the field. In contrast to existing approaches, our method achieves two significant advancements. First, we employ a repetition of unitary gates on a set of <a:math xmlns:a="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <a:mi>n</a:mi> </a:math> system qubits and, remarkably, only a single ancillary bath qubit representing the environment. It follows that, for the typical case of <b:math xmlns:b="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <b:mi>m</b:mi> </b:math> locality of the Lindblad operators, we reach an exponential improvement of the number of ancilla in terms of <c:math xmlns:c="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <c:mi>m</c:mi> </c:math> and up to a polynomial improvement in ancilla overhead for large <d:math xmlns:d="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <d:mi>n</d:mi> </d:math> with respect to other approaches. Although stochasticity is introduced, requiring multiple circuit realizations, the sampling overhead is independent of the system size. Second, we show that, under fixed accuracy conditions, our algorithm enables a reduction in the number of Trotter steps compared to other approaches, substantially decreasing circuit depth. These advancements hold particular significance for near-term quantum computers, where minimizing both width and depth is critical due to inherent noise in their dynamics. Published by the American Physical Society 2024
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,006 |
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 tête enseignante, 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 ».