Kvantmekanisk simulering av enelektronatomen på en emulerad kvantdator

Abstract

I den här rapporten undersöker vi ett enkelt kvantmekaniskt system som simuleras på en emulerad kvantdator. Vi uttrycker ett enelektronsystem i en harmonisk oscillator-bas och söker efter dess grundtillståndsenergi. Metoderna för att hitta energin består av parametersvep samt algoritmen Variational Quantum Eigensolver (VQE) med COBYLA som optimeringsalgoritm. Simuleringarna körs på Rigettis emulerade kvantdator. Vi analyserar en ansats av typen Unitary Coupled Cluster (UCC) för systemets vågfunktion och jämför denna med en enklare ansats. Slutligen jämförs den uppskattade grundtillståndsenergin med en referenslösning. Utöver detta applicerar vi även en brusmodell för att undersöka resultatens känslighet för kvantmekaniskt brus. Vi finner att optimering är en bättre metod än parametersvep när Hamiltonianen utvecklas i ett större antal basvektorer, men optimeringsproblemet i sig blir för komplext för ett stort antal basvektorer. Vidare antyder våra simuleringar att känsligheten för brus ökar med antalet grindar hos en specifik vågfunktionsansats.