論文の概要: A Variational Quantum Algorithm for Preparing Quantum Gibbs States
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.00055v1
- Date: Fri, 31 Jan 2020 20:52:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-05 02:29:42.836019
- Title: A Variational Quantum Algorithm for Preparing Quantum Gibbs States
- Title（参考訳）: 量子ギブズ状態作成のための変分量子アルゴリズム
- Authors: Anirban N. Chowdhury, Guang Hao Low, Nathan Wiebe
- Abstract要約: ギブス分布の作成は量子計算の重要な課題である。
量子系の自由エネルギーを最小化することに基づくギブス状態を作成するための変分的アプローチを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22559617939136506
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Preparation of Gibbs distributions is an important task for quantum
computation. It is a necessary first step in some types of quantum simulations
and further is essential for quantum algorithms such as quantum Boltzmann
training. Despite this, most methods for preparing thermal states are
impractical to implement on near-term quantum computers because of the memory
overheads required. Here we present a variational approach to preparing Gibbs
states that is based on minimizing the free energy of a quantum system. The key
insight that makes this practical is the use of Fourier series approximations
to the logarithm that allows the entropy component of the free-energy to be
estimated through a sequence of simpler measurements that can be combined
together using classical post processing. We further show that this approach is
efficient for generating high-temperature Gibbs states, within constant error,
if the initial guess for the variational parameters for the programmable
quantum circuit are sufficiently close to a global optima. Finally, we examine
the procedure numerically and show the viability of our approach for five-qubit
Hamiltonians using Trotterized adiabatic state preparation as an ansatz.
- Abstract（参考訳）: ギブス分布の作成は量子計算の重要な課題である。
これはある種の量子シミュレーションにおいて必要となる第一歩であり、量子ボルツマントレーニングのような量子アルゴリズムにも不可欠である。
これにもかかわらず、ほとんどの熱状態を作成する方法は、メモリオーバーヘッドのため、短期的な量子コンピュータで実装できない。
本稿では,量子系の自由エネルギーを最小化することに基づくギブス状態の生成に対する変分的アプローチを提案する。
これを実現する重要な洞察は、自由エネルギーのエントロピー成分を古典的なポストプロセッシングを用いて組み合わせることができる単純な測定の列を通じて推定できる対数に対するフーリエ級数近似を使うことである。
さらに,プログラム可能な量子回路の変動パラメータの初期推定値が大域的オプティマに十分近い場合,この手法は定常誤差内で高温ギブス状態を生成するのに有効であることを示す。
最後に, 提案手法を数値的に検討し, トロッター化断熱処理をアンザッツとして用いた5量子ハミルトニアンに対するアプローチの実現可能性を示す。
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