Papers
Topics
Authors
Recent
Assistant
AI Research Assistant
Well-researched responses based on relevant abstracts and paper content.
Custom Instructions Pro
Preferences or requirements that you'd like Emergent Mind to consider when generating responses.
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 152 tok/s
Gemini 2.5 Pro 54 tok/s Pro
GPT-5 Medium 25 tok/s Pro
GPT-5 High 30 tok/s Pro
GPT-4o 101 tok/s Pro
Kimi K2 203 tok/s Pro
GPT OSS 120B 431 tok/s Pro
Claude Sonnet 4.5 26 tok/s Pro
2000 character limit reached

Hybrid Tree Tensor Networks for quantum simulation (2404.05784v2)

Published 8 Apr 2024 in quant-ph

Abstract: Hybrid Tensor Networks (hTN) offer a promising solution for encoding variational quantum states beyond the capabilities of efficient classical methods or noisy quantum computers alone. However, their practical usefulness and many operational aspects of hTN-based algorithms, like the optimization of hTNs, the generalization of standard contraction rules to an hybrid setting, and the design of application-oriented architectures have not been thoroughly investigated yet. In this work, we introduce a novel algorithm to perform ground state optimizations with hybrid Tree Tensor Networks (hTTNs), discussing its advantages and roadblocks, and identifying a set of promising applications. We benchmark our approach on two paradigmatic models, namely the Ising model at the critical point and the Toric code Hamiltonian. In both cases, we successfully demonstrate that hTTNs can improve upon classical equivalents with equal bond dimension in the classical part.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (54)
  1. H. Bruus and K. Flensburg, Many-body quantum theory in condensed matter physics, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, London, England, 2004).
  2. G. Giuliani and G. Vignale, Quantum Theory of the Electron Liquid (Cambridge University Press, Cambridge, 2005).
  3. M. Dalmonte and S. Montangero, Contemp. Phys. 57, 388 (2016).
  4. M. C. Banuls and K. Cichy, Reports on Progress in Physics 83, 024401 (2020).
  5. S. R. White, Phys. Rev. Lett. 69, 2863 (1992).
  6. S. Rommer and S. Östlund, Phys. Rev. B 55, 2164 (1997).
  7. F. Verstraete and J. I. Cirac, arXiv preprint cond-mat/0407066  (2004).
  8. Y.-Y. Shi, L.-M. Duan, and G. Vidal, Phys. Rev. A 74, 022320 (2006).
  9. I. P. McCulloch, J. Stat. Mech.: Theory Exp. 2007 (10), P10014.
  10. G. Vidal, Phys. Rev. Lett. 101, 110501 (2008).
  11. G. Evenbly and G. Vidal, Phys. Rev. Lett. 112, 240502 (2014).
  12. A. Baiardi and M. Reiher, J. Chem. Phys. 152, 040903 (2020).
  13. G. Carleo and M. Troyer, Science 355, 602 (2017).
  14. D. Ceperley and B. Alder, Science 231, 555 (1986).
  15. A. W. Sandvik and J. Kurkijärvi, Phys. Rev. B 43, 5950 (1991).
  16. M. Troyer and U.-J. Wiese, Phys. Rev. Lett. 94, 170201 (2005).
  17. G. H. Booth, A. J. W. Thom, and A. Alavi, J. Chem. Phys. 131, 10.1063/1.3193710 (2009).
  18. M. B. Hastings, J. Stat. Mech.: Theory Exp. 2007 (08), P08024.
  19. J. Eisert, M. Cramer, and M. B. Plenio, Rev. Mod. Phys. 82, 277 (2010).
  20. R. Orús, Nat. Rev. Phys. 1, 538 (2019).
  21. M. M. Rams and M. Zwolak, Phys. Rev. Lett. 124, 137701 (2020).
  22. L. Slattery and B. K. Clark, arXiv preprint arXiv:2108.02792  (2021).
  23. J. Y. Araz and M. Spannowsky, Phys. Rev. A 106, 062423 (2022).
  24. A. Callison and N. Chancellor, Phys. Rev. A 106, 010101 (2022).
  25. E. C. Martín, K. Plekhanov, and M. Lubasch, Quantum 7, 974 (2023).
  26. S. R. White, Phys. Rev. B 48, 10345 (1993).
  27. U. Schollwöck, Rev. Mod. Phys. 77, 259 (2005).
  28. M. Rizzi, S. Montangero, and G. Vidal, Phys. Rev. A 77, 052328 (2008).
  29. L. Cincio, J. Dziarmaga, and M. M. Rams, Phys. Rev. Lett. 100, 240603 (2008).
  30. L. Tagliacozzo, G. Evenbly, and G. Vidal, Phys. Rev. B 80, 235127 (2009).
  31. R. Orús, Ann. Phys. 349, 117 (2014).
  32. U. Schollwöck, Ann. Phys. 326, 96 (2011), January 2011 Special Issue.
  33. S. Montangero, Introduction to Tensor Network Methods: Numerical simulations of low-dimensional many-body quantum systems (Springer International Publishing, 2018).
  34. F. Verstraete and J. I. Cirac, Phys. Rev. B 73, 094423 (2006).
  35. M. B. Hastings, Phys. Rev. B 76, 035114 (2007b).
  36. P. Czarnik and J. Dziarmaga, Phys. Rev. B 92, 035152 (2015).
  37. M. Lubasch, J. I. Cirac, and M.-C. Bañuls, Phys. Rev. B 90, 064425 (2014).
  38. T. Felser, S. Notarnicola, and S. Montangero, Phys. Rev. Lett. 126, 170603 (2021).
  39. X. Qian and M. Qin, Phys. Rev. B 105, 205102 (2022).
  40. G. Ferrari, G. Magnifico, and S. Montangero, Phys. Rev. B 105, 214201 (2022).
  41. P. Huembeli, G. Carleo, and A. Mezzacapo, arXiv preprint arXiv:2205.00933  (2022).
  42. S.-J. Ran, Phys. Rev. A 101, 032310 (2020).
  43. G. Vidal and C. M. Dawson, Phys. Rev. A 69, 010301 (2004).
  44. F. Vatan and C. Williams, Phys. Rev. A 69, 032315 (2004).
  45. A. Kitaev, Ann. Phys. 303, 2 (2003).
  46. M. Hermanns, arXiv preprint arXiv:1702.01525  (2017).
  47. L. Slattery, B. Villalonga, and B. K. Clark, Phys. Rev. Res. 4, 023072 (2022).
  48. M. S. Kaznady and D. F. James, Phys. Rev. A 79, 022109 (2009).
  49. S. Aaronson, in Proceedings of the 50th annual ACM SIGACT symposium on theory of computing (2018) pp. 325–338.
  50. A. A. Akhtar, H.-Y. Hu, and Y.-Z. You, Quantum 7, 1026 (2023).
  51. A. Acharya, S. Saha, and A. M. Sengupta, Phys. Rev. A 104, 052418 (2021).
  52. D. Bauernfeind and M. Aichhorn, SciPost Phys. 8, 024 (2020).
  53. Y. Li and S. C. Benjamin, Phys. Rev. X 7, 021050 (2017).
  54. H.-Y. Huang, R. Kueng, and J. Preskill, Nat. Phys. 16, 1050 (2020).
Citations (3)

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Dice Question Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Lightbulb Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Tweets

This paper has been mentioned in 2 tweets and received 6 likes.

Upgrade to Pro to view all of the tweets about this paper: