論文の概要: Resource-Optimized Fermionic Local-Hamiltonian Simulation on Quantum
Computer for Quantum Chemistry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.04151v3
- Date: Wed, 21 Jul 2021 15:29:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-25 11:32:24.443097
- Title: Resource-Optimized Fermionic Local-Hamiltonian Simulation on Quantum
Computer for Quantum Chemistry
- Title（参考訳）: 量子化学のための量子コンピュータ上の資源最適化フェルミオン局所ハミルトニアンシミュレーション
- Authors: Qingfeng Wang, Ming Li, Christopher Monroe, Yunseong Nam
- Abstract要約: フェルミオン系の基底状態エネルギーの収束に向けたVQE進行のブートストラップを可能にする枠組みを提案する。
小インスタンスで最大20%以上のリソース要求の節約が可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.361119478712919
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The ability to simulate a fermionic system on a quantum computer is expected
to revolutionize chemical engineering, materials design, nuclear physics, to
name a few. Thus, optimizing the simulation circuits is of significance in
harnessing the power of quantum computers. Here, we address this problem in two
aspects. In the fault-tolerant regime, we optimize the $\rzgate$ and $\tgate$
gate counts along with the ancilla qubit counts required, assuming the use of a
product-formula algorithm for implementation. We obtain a savings ratio of two
in the gate counts and a savings ratio of eleven in the number of ancilla
qubits required over the state of the art. In the pre-fault tolerant regime, we
optimize the two-qubit gate counts, assuming the use of the variational quantum
eigensolver (VQE) approach. Specific to the latter, we present a framework that
enables bootstrapping the VQE progression towards the convergence of the
ground-state energy of the fermionic system. This framework, based on
perturbation theory, is capable of improving the energy estimate at each cycle
of the VQE progression, by about a factor of three closer to the known
ground-state energy compared to the standard VQE approach in the test-bed,
classically-accessible system of the water molecule. The improved energy
estimate in turn results in a commensurate level of savings of quantum
resources, such as the number of qubits and quantum gates, required to be
within a pre-specified tolerance from the known ground-state energy. We also
explore a suite of generalized transformations of fermion to qubit operators
and show that resource-requirement savings of up to more than $20\%$, in small
instances, is possible.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータ上でフェルミイオン系をシミュレートする能力は、化学工学、材料設計、核物理学に革命をもたらすと期待されている。
したがって、シミュレーション回路の最適化は量子コンピュータのパワーを活用する上で重要である。
ここでは,この問題を2つの側面から解決する。
フォールトトレラントなシステムでは、実装に製品形式アルゴリズムを用いることを前提として、$\rzgate$と$\tgate$のゲートカウントと、必要なアンシラキュービットカウントを最適化します。
ゲート数に2つの貯蓄率と、アートの状態に対して必要となるアンシラキュービット数に11の貯蓄率を求める。
プレフォールト・トレラント・レジームでは、変分量子固有解法(vqe)を用いて2量子ビットのゲート数を最適化する。
後者に特化して、フェルミオン系の基底状態エネルギーの収束に向けたVQE進行のブートストラップを可能にする枠組みを提案する。
摂動理論に基づくこの枠組みは、水分子の古典的に到達可能な試験層における標準的なVQEアプローチと比較して、既知の基底状態エネルギーの約3倍近くで、VQE進行の各サイクルにおけるエネルギー推定を改善することができる。
改良されたエネルギー推定は、既知の基底状態エネルギーからの既定許容範囲内にある必要がある量子ビット数や量子ゲート数などの量子資源の持続的な貯蓄レベルをもたらす。
また、量子ビット演算子へのフェルミオンの一般化された変換のスイートを探索し、20 %以上のリソース要求の節約が小さなインスタンスで可能であることを示す。
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