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Variational quantum eigensolver for nonlinear dynamics

Pool, Albert und Somoza, Alejandro D. und Mc Keever, Conor und Lubasch, Michael und Horstmann, Birger (2023) Variational quantum eigensolver for nonlinear dynamics. Applications of Quantum Computing, 2023-07-10 - 2023-07-11, Garching bei München, Deutschland.

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Kurzfassung

The simulation of quantum systems constitutes today one of the most fruitful applications of quantum computing in the era of Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers. Nonetheless, other dynamical systems that are not necessarily governed by the laws of quantum mechanics remain a fundamental challenge. Several approaches have emerged regarding the integration of arbitrary Partial Differential Equations (PDEs) on quantum computers [1]. A method based on the Feynmann-Kitaev formalism of quantum dynamics, where the full evolution of the system can be retrieved after a single optimization routine of an appropriate cost function has been recently put forth [2]. This spacetime formulation alleviates the accumulation of errors, but its application is restricted to quantum systems only. In this work [3], we introduce an extension of the Feynman–Kitaev formalism that is tailored to the integration of arbitrary PDEs with non-linearities and provide proof-of-principle calculations that demonstrate that fundamental processes such as diffusion and turbulence can be well-reproduced on the IBM Q System One and Quantinuum’s H1 quantum computers. We find numerical evidence of a favorable scaling of the variational approach with the number of qubits and present several optimization strategies that avoid barren plateaus, providing a powerful toolbox for the scalable integration of large dynamical systems on NISQ hardware. [1] Lubasch, M., Joo, J., Moinier, P., Kiffner, M., & Jaksch, D., Variational quantum algorithms for nonlinear problems. Physical Review A, 101, 010301(R) (2020). [2] S. Barison, F. Vicentini, I. Cirac, and G. Carleo, “Variational dynamics as a ground-state problem on a quantum computer,” arXiv preprint arXiv:2204.03454, 2022. [3] A. Pool, A. Somoza, M. Lubasch, B. Horstmann, Proceedings - 2022 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering, QCE 2022

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200793/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Variational quantum eigensolver for nonlinear dynamics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pool, AlbertAlbert.Pool (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5234-9501148957425
Somoza, Alejandro D.alejandro.somoza (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4973-8052NICHT SPEZIFIZIERT
Mc Keever, Conorconor.mckeever (at) quantinuum.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lubasch, Michaelmichael.lubasch (at) quantinuum.comhttps://orcid.org/0000-0002-2636-9936NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578148957426
Datum:11 Juli 2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:quantum algorithms, PDEs, nonlinear dynamics, battery simulations
Veranstaltungstitel:Applications of Quantum Computing
Veranstaltungsort:Garching bei München, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:10 Juli 2023
Veranstaltungsende:11 Juli 2023
Veranstalter :Institute for Advanced Study (IAS)
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Somoza, Alejandro
Hinterlegt am:18 Dez 2023 17:09
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:01

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