Имитация гамильтоновой эволюции


11

Я пытаюсь понять, как моделировать эволюцию кубитов при взаимодействии гамильтонианов с терминами, записанными как тензорное произведение матриц Паули в квантовом компьютере. Я нашел следующий трюк в книге Нильсена и Чуанга, который объясняется в этом посте для гамильтониана вида

ЧАСзнак равноZ1⊗Z2⊗,,,⊗ZN
.

Но подробно не объясняется, как будет работать моделирование для гамильтониана с членами, включающими матрицы Паули илиЯ понимаю, что вы можете преобразовать эти Паули в Z, считая, что где - ворота Адамара, а также где - ворота фазы . Как именно я должен использовать это для реализации, например, ИксYЧАСZЧАСзнак равноИксЧАСS†ЧАСZЧАСSзнак равноYSя

ЧАСзнак равноИкс⊗Y

Что если теперь гамильтониан содержит сумму слагаемых с матрицами Паули? Например

ЧАСзнак равноИкс1⊗Y2+Z2⊗Y3

Ответы:


3

Допустим, у вас есть гамильтониан вида

ЧАСзнак равноσ1⊗σ2⊗σ2⊗...⊗σN
Существует прямолинейная конструкция схемы, которая позволяет реализовать эволюцию во времени е-яЧАСT . Хитрость заключается в основном разлагаться состояние , что вы складывающуюся в компоненты , которые находятся в ±1 собственные подпространства ЧАС . Затем вы применяете фазу e−it к собственному пространству +1 , а фазу e−it к−1собственное пространство. Следующая схема делает эту работу (и вычисляет разложение в конце). введите описание изображения здесь Я предполагаю, что элемент фазового затвора в середине применяет унитарный
(еяT00е-яT),


В общем, если вы хотите развить некоторый гамильтониан ЧАСзнак равноЧАС1+ЧАС2 где ЧАС1 и ЧАС2 имеют предыдущую форму, то, безусловно, проще всего разложить эволюцию как

е-яЧАСT≈(е-яЧАС1T/Mе-яЧАС2T/M)M
для некоторого большого M (хотя существуют алгоритмы с гораздо лучшим поведением масштабирования), и каждый из этих небольших шагове-яЧАС1T/M может быть реализовано с предыдущей схемой.


Тем не менее, иногда есть умные вещи, которые вы можете сделать. Ваш дополнительный пример,

ЧАСзнак равноИкс⊗Y⊗я+Z⊗я⊗Y
является одним из таких случаев. Я бы начал с применения унитарного вращения Uзнак равноZ+Y2 к кубитам 2 и 3. Это эквивалентно к воротам Адамар, но преобразуетYвZвместоИкс. Теперь остановитесь на минуту и ​​подумайте. Если кубиты 2 и 3 находятся в 00, то мы применяем(Икс+Z)к кубиту 1. Для 01 это(Икс-Z), для 10 это(Z-Икс), а для 11 это-(Икс+Z). Далее, давайте применим контролируемый, а не из кубита 2 к кубиту 3. Это просто немного переставляет базовые элементы. Теперь говорится, что мы должны применить гамильтониан
(-1)Икс2(Икс+(-1)Икс3Z)
в состояние кубита 1, если кубиты 2 и 3 находятся в состоянияхИкс2Икс3 . Далее, помните, чтоИкс+Zзнак равно2ЧАС(Адамар, а не гамильтониан), и чтоИкс2ЧАСИксзнак равноИкс-Z. Таким образом, это дает нам простой способ для преобразования между двумя битами гамильтониана. Мы просто заменим эти дваИксна управляемые не-узлы, управляемые кубитом 3. Точно так же мы можем использовать идентификатор схемы, введите описание изображения здесь где на этот раз мы заменимИксы управляемыми не-узлами, управляемыми из кубита 2.

В целом, я полагаю, что симуляция выглядит так, как будто введите описание изображения здесь она может показаться сложной, но в ней нет разделения на маленькие временные шаги, которые накапливают ошибки по мере продвижения. Это не будет применяться очень часто, но стоит знать об этих возможностях.


Что означает квадратный корень с точкой - ворота?
— Энрике Сегура

@EnriqueSegura точно такой же, как и тот, о котором вы только что спросили: фазовые затворы с маркированным углом поворота.
— DaftWullie

1

ЧАСЧАСзнак равноUDU†еяTЧАСзнак равноUеяTDU†

ЧАСзнак равноσ1⊗⋯⊗σNσя≠яяЧАС

ЧАСзнак равно(σ1'⊗⋯⊗σN')Z⊗⋅⊗Z(σ1'⊗⋯⊗σN')

Как результат:

еяTЧАСзнак равно(σ1'⊗⋯⊗σN')еяTZ⊗⋅⊗Z(σ1'⊗⋯⊗σN')

еяTZ⊗Z

Если гамильтониан является суммой произведений Паули, то общего простого решения не существует, но вы можете использовать формулу произведения Ли, усеченную до некоторого большого числа слагаемых, чтобы свести ее к указанной выше проблеме.


Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.