• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

量子定位限制数字量子模拟中的 Trotter 误差。

Quantum localization bounds Trotter errors in digital quantum simulation.

作者信息

Heyl Markus, Hauke Philipp, Zoller Peter

机构信息

Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden, Germany.

Kirchhoff-Institute for Physics, Heidelberg University, 69120 Heidelberg, Germany.

出版信息

Sci Adv. 2019 Apr 12;5(4):eaau8342. doi: 10.1126/sciadv.aau8342. eCollection 2019 Apr.

DOI:10.1126/sciadv.aau8342
PMID:30993199
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6461450/
Abstract

A fundamental challenge in digital quantum simulation (DQS) is the control of an inherent error, which appears when discretizing the time evolution of a quantum many-body system as a sequence of quantum gates, called Trotterization. Here, we show that quantum localization-by constraining the time evolution through quantum interference-strongly bounds these errors for local observables, leading to an error independent of system size and simulation time. DQS is thus intrinsically much more robust than suggested by known error bounds on the global many-body wave function. This robustness is characterized by a sharp threshold as a function of the Trotter step size, which separates a localized region with controllable Trotter errors from a quantum chaotic regime. Our findings show that DQS with comparatively large Trotter steps can retain controlled errors for local observables. It is thus possible to reduce the number of gate operations required to represent the desired time evolution faithfully.

摘要

数字量子模拟(DQS)中的一个基本挑战是控制固有误差,这种误差在将量子多体系统的时间演化离散化为一系列量子门(称为 Trotter 化)时出现。在此,我们表明,通过量子干涉来约束时间演化的量子局域化,对于局部可观测量能强烈地限制这些误差,从而导致误差与系统大小和模拟时间无关。因此,DQS 在本质上比全局多体波函数的已知误差界限所表明的要稳健得多。这种稳健性的特征是作为 Trotter 步长函数的一个尖锐阈值,它将具有可控 Trotter 误差的局域化区域与量子混沌区域区分开来。我们的研究结果表明,具有相对较大 Trotter 步长的 DQS 对于局部可观测量可以保持可控误差。因此,有可能减少忠实地表示所需时间演化所需的门操作数量。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/db771e532f63/aau8342-F3.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/0231a7fab906/aau8342-F1.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/f4b30d3fcd9b/aau8342-F2.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/db771e532f63/aau8342-F3.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/0231a7fab906/aau8342-F1.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/f4b30d3fcd9b/aau8342-F2.jpg
https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/b412/6461450/db771e532f63/aau8342-F3.jpg

相似文献

1
Quantum localization bounds Trotter errors in digital quantum simulation.量子定位限制数字量子模拟中的 Trotter 误差。
Sci Adv. 2019 Apr 12;5(4):eaau8342. doi: 10.1126/sciadv.aau8342. eCollection 2019 Apr.
2
Integrable Digital Quantum Simulation: Generalized Gibbs Ensembles and Trotter Transitions.可积数字量子模拟:广义吉布斯系综和 Trotter 跃迁。
Phys Rev Lett. 2023 Jun 30;130(26):260401. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.260401.
3
Adaptive Trotterization for Time-Dependent Hamiltonian Quantum Dynamics Using Piecewise Conservation Laws.基于分段守恒定律的含时哈密顿量子动力学的自适应 Trotter 分解
Phys Rev Lett. 2024 Jul 5;133(1):010603. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.010603.
4
Experimental Simulation of Open Quantum System Dynamics via Trotterization.通过 Trotter 化实现开放量子系统动力学的实验模拟
Phys Rev Lett. 2021 Jul 9;127(2):020504. doi: 10.1103/PhysRevLett.127.020504.
5
Self-Healing of Trotter Error in Digital Adiabatic State Preparation.数字绝热态制备中特罗特误差的自修复
Phys Rev Lett. 2023 Aug 11;131(6):060602. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.060602.
6
Reinforcement Learning for Digital Quantum Simulation.用于数字量子模拟的强化学习
Phys Rev Lett. 2021 Sep 10;127(11):110502. doi: 10.1103/PhysRevLett.127.110502.
7
Quasilocality and efficient simulation of markovian quantum dynamics.准局域性和马尔可夫量子动力学的有效模拟。
Phys Rev Lett. 2012 Jun 8;108(23):230504. doi: 10.1103/PhysRevLett.108.230504. Epub 2012 Jun 5.
8
First-Order Trotter Error from a Second-Order Perspective.从二阶视角看一阶 Trotter 误差。
Phys Rev Lett. 2022 May 27;128(21):210501. doi: 10.1103/PhysRevLett.128.210501.
9
Hamiltonian simulation algorithms for near-term quantum hardware.适用于近期量子硬件的哈密顿量模拟算法。
Nat Commun. 2021 Aug 17;12(1):4989. doi: 10.1038/s41467-021-25196-0.
10
Random Compiler for Fast Hamiltonian Simulation.随机编译器快速哈密顿模拟。
Phys Rev Lett. 2019 Aug 16;123(7):070503. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.070503.

引用本文的文献

1
Practical quantum advantage in quantum simulation.量子模拟中的实用量子优势。
Nature. 2022 Jul;607(7920):667-676. doi: 10.1038/s41586-022-04940-6. Epub 2022 Jul 27.
2
Destructive Error Interference in Product-Formula Lattice Simulation.乘积公式晶格模拟中的破坏性误差干扰
Phys Rev Lett. 2020 Jun 5;124(22):220502. doi: 10.1103/PhysRevLett.124.220502.

本文引用的文献

1
A blueprint for demonstrating quantum supremacy with superconducting qubits.用超导量子比特展示量子优越性的蓝图。
Science. 2018 Apr 13;360(6385):195-199. doi: 10.1126/science.aao4309.
2
Exploring Localization in Nuclear Spin Chains.探索核自旋链中的局域化
Phys Rev Lett. 2018 Feb 16;120(7):070501. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.070501.
3
Observation of a many-body dynamical phase transition with a 53-qubit quantum simulator.利用53比特量子模拟器观测多体动力学相变
Nature. 2017 Nov 29;551(7682):601-604. doi: 10.1038/nature24654.
4
Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator.在 51 原子量子模拟器上探测多体动力学。
Nature. 2017 Nov 29;551(7682):579-584. doi: 10.1038/nature24622.
5
Experimentally simulating the dynamics of quantum light and matter at deep-strong coupling.在深度强耦合下实验模拟量子光与物质的动力学。
Nat Commun. 2017 Nov 23;8(1):1715. doi: 10.1038/s41467-017-01061-x.
6
Direct Observation of Dynamical Quantum Phase Transitions in an Interacting Many-Body System.相互作用多体系统中动态量子相变的直接观测。
Phys Rev Lett. 2017 Aug 25;119(8):080501. doi: 10.1103/PhysRevLett.119.080501. Epub 2017 Aug 21.
7
Hardware-efficient variational quantum eigensolver for small molecules and quantum magnets.用于小分子和量子磁体的硬件高效变分量子本征求解器。
Nature. 2017 Sep 13;549(7671):242-246. doi: 10.1038/nature23879.
8
Real-time dynamics of lattice gauge theories with a few-qubit quantum computer.使用少数量子比特的量子计算机对格点规范理论的实时动力学研究。
Nature. 2016 Jun 23;534(7608):516-9. doi: 10.1038/nature18318.
9
Digitized adiabatic quantum computing with a superconducting circuit.超导电路中的数字化绝热量子计算。
Nature. 2016 Jun 9;534(7606):222-6. doi: 10.1038/nature17658.
10
Rigorous Bound on Energy Absorption and Generic Relaxation in Periodically Driven Quantum Systems.周期性驱动量子系统中的能量吸收和广义弛豫的严格界。
Phys Rev Lett. 2016 Mar 25;116(12):120401. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.120401. Epub 2016 Mar 21.