リンドブラッド方程式のモンテカルロソルバ

[kosukemtr]

やったこと

リンドブラッド方程式 https://qutip.org/docs/latest/guide/dynamics/dynamics-master.html によるダイナミクスを gate::NoisyEvolution として実装しました。

使い方

T1 T2 緩和の例は以下の通りです。

from qulacs.gate import NoisyEvolution, H
from qulacs import Observable, GeneralQuantumOperator

n_qubits = 2
decay_rate_list = [0.2,0.6,0.1] # decay rate for dephasing, higher, lower ops
time = 1.0 # evolution time
dt = 0.1 # step size for Runge-Kutta evolution used within NoisyEvolution

# hamiltonian
hamiltonian = Observable(n_qubits)
hamiltonian.add_operator(1., "Z 0 Z 1")

# collapse operators
c_ops = [GeneralQuantumOperator(n_qubits) for _ in range(3*n_qubits)]
c_ops[0].add_operator(decay_rate_list[0], "Z 0")
c_ops[1].add_operator(decay_rate_list[0], "Z 1")
c_ops[2].add_operator(decay_rate_list[1]/2, "X 0")
c_ops[2].add_operator(decay_rate_list[1]/2*1j, "Y 0")
c_ops[3].add_operator(decay_rate_list[1]/2, "X 1")
c_ops[3].add_operator(decay_rate_list[1]/2*1j, "Y 1")
c_ops[4].add_operator(decay_rate_list[2]/2, "X 0")
c_ops[4].add_operator(-decay_rate_list[2]/2*1j, "Y 0")
c_ops[5].add_operator(decay_rate_list[2]/2, "X 1")
c_ops[5].add_operator(-decay_rate_list[2]/2*1j, "Y 1")

# simulate
state = QuantumState(n_qubits)
H(0).update_quantum_state(state)
H(1).update_quantum_state(state)
gate = NoisyEvolution(hamiltonian, c_ops, time, dt)
gate.update_quantum_state(state)

モンテカルロソルバなので、意味のある結果を得るためには DepolarizingNoise と同様にアンサンブル平均を取る必要があります。

[kotamanegi]

Kosuke Mitarai
single thread 化しないと遅かったので single thread version を書く必要が出ました

[kosukemtr]

たまに無限ループが発生してしまうことが判明したので fix しました

[kotamanegi]

Kosuke Mitarai: https://qutip.org/docs/latest/guide/dynamics/dynamics-monte.html
と https://qutip.org/docs/latest/modules/qutip/mcsolve.html の実装を参考にして作りました

[KowerKoint]

LGTMです！
Pythonでも問題なく動作していていい感じです

[kotamanegi]

改良部分

[kotamanegi]

改良