Quantum simulation is a prominent application of quantum computers. While there is extensive previous work on simulating finite-dimensional systems, less is known about quantum algorithms for real-space dynamics. We conduct a systematic study of such algorithms. In particular, we show that the dynamics of a $d$-dimensional Schr\"{o}dinger equation with $\eta$ particles can be simulated with gate complexity $\tilde{O}\bigl(\eta d F \text{poly}(\log(g'/\epsilon))\bigr)$, where $\epsilon$ is the discretization error, $g'$ controls the higher-order derivatives of the wave function, and $F$ measures the time-integrated strength of the potential. Compared to the best previous results, this exponentially improves the dependence on $\epsilon$ and $g'$ from $\text{poly}(g'/\epsilon)$ to $\text{poly}(\log(g'/\epsilon))$ and polynomially improves the dependence on $T$ and $d$, while maintaining best known performance with respect to $\eta$. For the case of Coulomb interactions, we give an algorithm using $\eta^{3}(d+\eta)T\text{poly}(\log(\eta dTg'/(\Delta\epsilon)))/\Delta$ one- and two-qubit gates, and another using $\eta^{3}(4d)^{d/2}T\text{poly}(\log(\eta dTg'/(\Delta\epsilon)))/\Delta$ one- and two-qubit gates and QRAM operations, where $T$ is the evolution time and the parameter $\Delta$ regulates the unbounded Coulomb interaction. We give applications to several computational problems, including faster real-space simulation of quantum chemistry, rigorous analysis of discretization error for simulation of a uniform electron gas, and a quadratic improvement to a quantum algorithm for escaping saddle points in nonconvex optimization.


翻译:量子模拟是量子计算机的一个显著应用。 虽然在模拟有限维系统方面开展了大量先前的工作, 但对于真实空间动态的量子算法了解较少。 我们对这种算法进行系统研究。 特别是, 我们显示, 美元- 维Schr\\\\\\\ { o} 等离子方程式的动态可以模拟出门复杂度$\ tilde{ O ⁇ bigl (\eta dF f\ text{ { poly} (log( g'/\ epsilon)\ briger) $, 美元是离异的, 美元控制波函数的更高级衍生物, 美元测量潜力的时间整合强度。 与以往的最佳结果相比, 这极大地提高了对美元- liversilon 美元和 美元- texcial_ dicial_ liental_ laxal_ lax divil_ liverational_ lax_ lax_ lient_ dal_ dal_ dal_ dal- dal_ dal_ dismodeal_ dal_ dal_ disal_ dismologd_ dismology_ exxxx_ exports a us exxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
17+阅读 · 2020年9月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年12月30日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
17+阅读 · 2020年9月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员