Self-Healing of Trotter Error in Digital Adiabatic State Preparation

绝热过程 量子 绝热量子计算 物理 量子退火 时间演化 国家(计算机科学) 量子计算机 统计物理学 量子力学 组合数学 计算机科学 算法 数学
作者
Lucas K. Kovalsky,F. A. Calderon-Vargas,Matthew D. Grace,Alicia B. Magann,James B. Larsen,Andrew Baczewski,Mohan Sarovar
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:131 (6)
标识
DOI:10.1103/physrevlett.131.060602
摘要

Adiabatic time evolution can be used to prepare a complicated quantum many-body state from one that is easier to synthesize and Trotterization can be used to implement such an evolution digitally. The complex interplay between nonadiabaticity and digitization influences the infidelity of this process. We prove that the first-order Trotterization of a complete adiabatic evolution has a cumulative infidelity that scales as $\mathcal{O}({T}^{\ensuremath{-}2}\ensuremath{\delta}{t}^{2})$ instead of $\mathcal{O}({T}^{2}\ensuremath{\delta}{t}^{2})$ expected from general Trotter error bounds, where $\ensuremath{\delta}t$ is the time step and $T$ is the total time. This result suggests a self-healing mechanism and explains why, despite increasing $T$, infidelities for fixed-$\ensuremath{\delta}t$ digitized evolutions still decrease for a wide variety of Hamiltonians. It also establishes a correspondence between the quantum approximate optimization algorithm and digitized quantum annealing.
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