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Probabilistic imaginary-time evolution in state-vector-based and shot-based simulations and on quantum devices

Ejima, Satoshi und Seki, Kazuhiro und Fauseweh, Benedikt und Yunoki, Seiji (2025) Probabilistic imaginary-time evolution in state-vector-based and shot-based simulations and on quantum devices. Physical Review Research, 7, 043182. American Physical Society. doi: 10.1103/2s2p-kvcx. ISSN 2643-1564.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
620kB

Kurzfassung

Imaginary-time evolution, an important technique in tensor network and quantum Monte Carlo algorithms on classical computers, has recently been adapted to quantum computing. In this study, we focus on probabilistic imaginary-time evolution (PITE) algorithm and derive its formulation in the context of state-vector-based simulations, where quantum state vectors are directly used to compute observables without statistical errors. We compare the results with those of shot-based simulations, which estimate observables through repeated projective measurements. Applying the PITE algorithm to the Heisenberg chain, we investigate optimal initial conditions for convergence. We further demonstrate the method on the transverse-field Ising model using a state-of-the-art trapped-ion quantum device. Finally, we explore the potential of error mitigation in this framework, highlighting practical considerations for near-term digital quantum simulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219397/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Probabilistic imaginary-time evolution in state-vector-based and shot-based simulations and on quantum devices
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ejima, Satoshisatoshi.ejima (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5331-9961197750150
Seki, Kazuhirokazuhiro.seki (at) riken.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fauseweh, BenediktBenedikt.Fauseweh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yunoki, Seijiyunoki (at) riken.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 November 2025
Erschienen in:Physical Review Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1103/2s2p-kvcx
Seitenbereich:043182
Verlag:American Physical Society
Name der Reihe:Physical Review Research
ISSN:2643-1564
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Computing, Imaginary-time evolution
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC SW - Software
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - ALQU
Standort: Hamburg , Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Ejima, Satoshi
Hinterlegt am:24 Nov 2025 10:26
Letzte Änderung:24 Nov 2025 10:26

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