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Direct Application of the Phase Estimation Algorithm to Find the Eigenvalues of the Hamiltonians

机译:直接应用相位估计算法求解   汉密尔顿主义的特征值

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摘要

The eigenvalue of a Hamiltonian, $\mathcal{H}$, can be estimated through thephase estimation algorithm given the matrix exponential of the Hamiltonian,$exp(-i\mathcal{H})$. The difficulty of this exponentiation impedes theapplications of the phase estimation algorithm particularly when $\mathcal{H}$is composed of non-commuting terms. In this paper, we present a method to usethe Hamiltonian matrix directly in the phase estimation algorithm by using anancilla based framework: In this framework, we also show how to find the powerof the Hamiltonian matrix-which is necessary in the phase estimationalgorithm-through the successive applications. This may eliminate the necessityof matrix exponential for the phase estimation algorithm and therefore providean efficient way to estimate the eigenvalues of particular Hamiltonians. Theclassical and quantum algorithmic complexities of the framework are analyzedfor the Hamiltonians which can be written as a sum of simple unitary matricesand shown that a Hamiltonian of order $2^n$ written as a sum of $L$ number ofsimple terms can be used in the phase estimation algorithm with $(n+1+logL)$number of qubits and $O(2^anL)$ number of quantum operations, where $a$ is thenumber of iterations in the phase estimation. In addition, we use theHamiltonian of the hydrogen molecule as an example system and present thesimulation results for finding its ground state energy.
机译:给定哈密顿量的矩阵指数$ exp(-i \ mathcal {H})$,可以通过相位估计算法来估计哈密顿量的特征值。这种求幂的困难阻碍了相位估计算法的应用,特别是当$ \ mathcal {H} $由非交换项组成时。在本文中,我们提出了一种使用基于anancilla的框架在相位估计算法中直接使用哈密顿矩阵的方法:在该框架中,我们还展示了如何找到哈密顿矩阵的幂,这是相位估计算法中必不可少的。连续的应用程序。这可以消除相位估计算法的矩阵指数的必要性,因此提供了一种估计特定哈密顿量特征值的有效方法。分析了该框架的经典算法和量子算法的复杂性,可以将其写为简单unit矩阵的总和,并证明在该阶段可以使用以$ L $的总和形式写的$ 2 ^ n $阶哈密顿量。量子位元数(n + 1 + logL)$和量子操作数$ O(2 ^ anL)$的估计算法,其中$ a $是相位估计中的迭代数。另外,我们以氢分子的哈密顿量为例,给出了寻找其基态能量的模拟结果。

著录项

  • 作者

    Daskin, Ammar; Kais, Sabre;

  • 作者单位
  • 年度 2017
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类

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