Solving the time-dependent Schr\"odinger equation is an important application area for quantum algorithms. We consider Schr\"odinger's equation in the semi-classical regime. Here the solutions exhibit strong multiple-scale behavior due to a small parameter $\hbar$, in the sense that the dynamics of the quantum states and the induced observables can occur on different spatial and temporal scales. Such a Schr\"odinger equation finds many applications, including in Born-Oppenheimer molecular dynamics and Ehrenfest dynamics. This paper considers quantum analogues of pseudo-spectral (PS) methods on classical computers. Estimates on the gate counts in terms of $\hbar$ and the precision $\varepsilon$ are obtained. It is found that the number of required qubits, $m$, scales only logarithmically with respect to $\hbar$. When the solution has bounded derivatives up to order $\ell$, the symmetric Trotting method has gate complexity $\mathcal{O}\Big({ (\varepsilon \hbar)^{-\frac12} \mathrm{polylog}(\varepsilon^{-\frac{3}{2\ell}} \hbar^{-1-\frac{1}{2\ell}})}\Big),$ provided that the diagonal unitary operators in the pseudo-spectral methods can be implemented with $\mathrm{poly}(m)$ operations. When physical observables are the desired outcomes, however, the step size in the time integration can be chosen independently of $\hbar$. The gate complexity in this case is reduced to $\mathcal{O}\Big({\varepsilon^{-\frac12} \mathrm{polylog}( \varepsilon^{-\frac3{2\ell}} \hbar^{-1} )}\Big),$ with $\ell$ again indicating the smoothness of the solution.


翻译:解析基于时间的 Schr\ odinger 方程式是量子算法的一个重要应用区域 。 我们考虑在半古典体系中Schr\ “ odinger 方程式 ” 。 在这里, 解决方案显示由于一个小参数$\ hbar$而具有强烈的多重行为。 也就是说, 量子状态的动态和引致的可观察性可以在不同的空间和时间尺度上发生。 这种“ schr\” 方程式会发现许多应用程序, 包括在 Born- Oppenheimer 分子动态和 Ehrenfest 动态中。 本文考虑了古典计算机中伪光谱$$( PS) 方法的量类比值。 以$\ hbar$\ hbar$为单位的门数 $\\\\\\\ mar\\\ r\\\\ m\ m\ m\ listal=lational rexcial_\\\\ r\\\\\\\\\\\ ral remax ral ral r= r@ r= r= maxxxxxxxxxxxxxxm=xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx======= =========== =========================================xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
84+阅读 · 2020年12月5日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
商业数据分析,39页ppt
专知会员服务
159+阅读 · 2020年6月2日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24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 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 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
3+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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月19日
Convergence of the Discrete Minimum Energy Path
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月15日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
84+阅读 · 2020年12月5日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
商业数据分析,39页ppt
专知会员服务
159+阅读 · 2020年6月2日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24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 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 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
3+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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员