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Nonlinear dynamics as a ground-state solution on quantum computers

Pool, Albert J. und Somoza, Alejandro D. und Mc Keever, Conor und Lubasch, Michael und Horstmann, Birger (2024) Nonlinear dynamics as a ground-state solution on quantum computers. Physical Review Research, 6, 033257. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevResearch.6.033257. ISSN 2643-1564.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.6.033257

Kurzfassung

For the solution of time-dependent nonlinear differential equations, we present variational quantum algorithms (VQAs) that encode both space and time in qubit registers. The spacetime encoding enables us to obtain the entire time evolution from a single ground-state computation. We describe a general procedure to construct efficient quantum circuits for the cost function evaluation required by VQAs. To mitigate the barren plateau problem during the optimization, we propose an adaptive multigrid strategy. The approach is illustrated for the nonlinear Burgers equation. We classically optimize quantum circuits to represent the desired ground-state solutions, run them on IBM Q System One and Quantinuum System Model H1, and demonstrate that current quantum computers are capable of accurately reproducing the exact results.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206269/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Nonlinear dynamics as a ground-state solution on quantum computers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pool, Albert J.Albert.Pool (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5234-9501169831766
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/0000-0002-1500-0578169831768
Datum:6 September 2024
Erschienen in:Physical Review Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.033257
Seitenbereich:033257
Verlag:American Physical Society
Name der Reihe:Physical Review Research
ISSN:2643-1564
Status:veröffentlicht
Stichwörter:quantum algorithms, nonlinear partial differential equations, variational quantum algorithms, variational quantum eigensolver, Feyman-Kitaev Hamiltonian
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: Pool, Albert
Hinterlegt am:18 Okt 2024 13:07
Letzte Änderung:18 Okt 2024 13:07

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