Development and implementation of a universal quantum simulator using the Qiskit platform

Abstract

Las computadoras cuánticas son de gran interés para entender los sistemas cuánticos debido a sus ventajas para abordar problemas que las computadoras clásicas no podrían debido a sus diferencias computacionales. Así, una de las líneas de investigación más prometedoras dentro de este campo es la simulación cuántica. En este trabajo de tesis desarrollamos e implementamos un Simulador Cuántico Universal (UQS) en la plataforma Qiskit capaz de implementar el circuito cuántico de cualquier sistema físico, el cual se representa como una suma de potenciales de contribución local. Para probar la viabilidad del UQS, hemos implementado dos sistemas físicos bien estudiados: el Oscilador Armónico Cuántico y el Potencial de Doble Pozo; se comparó la implementación de los circuitos finales, la evolución de sus estados y la profundidad de sus circuitos con trabajos de investigación anteriores. Todos estos sistemas fueron ejecutados en el simulador statevector, simulador sin ruido, y luego ejecutados por computadoras cuánticas reales: ibmq_quito e ibmq_lima, proporcionadas por IBM-Q. Las posiciones de estado experimentales obtenidas de chips cuánticos reales se compararon con el simulador silencioso para verificar la fidelidad de los estados utilizando su definición clásica. Como resultado obtuvimos que debido a la aproximación de las funciones de Walsh, el proceso de trotterización y el tiempo de coherencia experimental de cada puerta, existe una cantidad considerable de ruido que no permite notar la evolución del sistema como en el simulador sin ruido.