Studying the dynamics of open quantum systems holds the potential to enable breakthroughs both in fundamental physics and applications to quantum engineering and quantum computation. Due to the high-dimensional nature of the problem, customized deep generative neural networks have been instrumental in modeling the high-dimensional density matrix $\rho$, which is the key description for the dynamics of such systems. However, the complex-valued nature and normalization constraints of $\rho$, as well as its complicated dynamics, prohibit a seamless connection between open quantum systems and the recent advances in deep generative modeling. Here we lift that limitation by utilizing a reformulation of open quantum system dynamics to a partial differential equation (PDE) for a corresponding probability distribution $Q$, the Husimi Q function. Thus, we model the Q function seamlessly with off-the-shelf deep generative models such as normalizing flows. Additionally, we develop novel methods for learning normalizing flow evolution governed by high-dimensional PDEs, based on the Euler method and the application of the time-dependent variational principle. We name the resulting approach Q-Flow and demonstrate the scalability and efficiency of Q-Flow on open quantum system simulations, including the dissipative harmonic oscillator and the dissipative bosonic model. Q-Flow is superior to conventional PDE solvers and state-of-the-art physics-informed neural network solvers, especially in high-dimensional systems.


翻译:研究开放量子系统的动态研究具有使基本物理学和量子工程和量子计算应用的根本性物理和应用出现突破的潜力。由于问题具有高度性质,定制的深基因神经网络有助于模拟高维密度基体($\rho$),这是这些系统动态的关键描述。然而,美元及其复杂动态的复杂价值性质和正常化限制,使得开放量子系统与最近深度感化模型的进展之间无法无缝地连接。在这里,我们通过将开放量子系统动态改制成部分差异方程式(PDE)来取消这一限制,用于相应的概率分布($Q),即Husimi Q功能。因此,我们用现成的深度基因化模型模型模型(美元)模型(美元)模型(美元)和正常流等。此外,我们根据Euler的解决方案和基于时间的州级变异性原则,开发了学习由高维度的流变异的正常流演变的新方法。我们将由此产生的方法命名为Q-Flow-Flo,并展示了Q-cal-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-comal-commal-al-al-al-al-commodal-commal-commal-commal-commal-commal-commal-commal-commal-commal-al-al-al-commal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-al-deal-deal-deal-deal-deal-deal-al-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-al-al-al-al-deal-deal-de

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