論文の概要: Shallow-circuit variational quantum eigensolver based on
symmetry-inspired Hilbert space partitioning for quantum chemical
calculations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.11213v1
- Date: Fri, 19 Jun 2020 16:28:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-13 11:13:22.626465
- Title: Shallow-circuit variational quantum eigensolver based on
symmetry-inspired Hilbert space partitioning for quantum chemical
calculations
- Title（参考訳）: 対称性に着想を得たヒルベルト空間分割に基づく量子化学計算のための浅回路変動量子固有解法
- Authors: Feng Zhang, Niladri Gomes, Noah F. Berthusen, Peter P. Orth,
Cai-Zhuang Wang, Kai-Ming Ho, Yong-Xin Yao
- Abstract要約: ヒルベルト空間の分割は変分作用素の数を大幅に減少させる。
単項表現は、試験された様々な分子に対して必要な精度に達するのに十分である。
量子回路深さの測定値である制御NOTゲートの数は、最大35倍に減少する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8117315001626966
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Development of resource-friendly quantum algorithms remains highly desirable
for noisy intermediate-scale quantum computing. Based on the variational
quantum eigensolver (VQE) with unitary coupled cluster ansatz, we demonstrate
that partitioning of the Hilbert space made possible by the point group
symmetry of the molecular systems greatly reduces the number of variational
operators by confining the variational search within a subspace. In addition,
we found that instead of including all subterms for each excitation operator, a
single-term representation suffices to reach required accuracy for various
molecules tested, resulting in an additional shortening of the quantum circuit.
With these strategies, VQE calculations on a noiseless quantum simulator
achieve energies within a few meVs of those obtained with the full UCCSD ansatz
for $\mathrm{H}_4$ square, $\mathrm{H}_4$ chain and $\mathrm{H}_6$ hexagon
molecules; while the number of controlled-NOT (CNOT) gates, a measure of the
quantum-circuit depth, is reduced by a factor of as large as 35. Furthermore,
we introduced an efficient "score" parameter to rank the excitation operators,
so that the operators causing larger energy reduction can be applied first.
Using $\mathrm{H}_4$ square and $\mathrm{H}_4$ chain as examples, We
demonstrated on noisy quantum simulators that the first few variational
operators can bring the energy within the chemical accuracy, while additional
operators do not improve the energy since the accumulative noise outweighs the
gain from the expansion of the variational ansatz.
- Abstract（参考訳）: 資源フレンドリーな量子アルゴリズムの開発は、ノイズの多い中間規模量子コンピューティングにとって非常に望ましい。
ユニタリ結合型クラスター ansatz を用いた変分量子固有解法 (vqe) に基づき, 分子系の点群対称性によりヒルベルト空間の分割が可能となり, 部分空間内の変分探索を閉じることで変分作用素の数が大幅に減少することを示した。
さらに,各励起演算子に全ての部分項を含める代わりに,各分子の所要の精度に達するために1項の表現が十分であることが判明し,量子回路のさらなる短縮が実現された。
これらの戦略により、無ノイズ量子シミュレータ上のvqe計算は、uccsd ansatzで得られる数 mev以内に、$\mathrm{h}_4$ square, $\mathrm{h}_4$ chain, $\mathrm{h}_6$ヘキサゴン分子のエネルギーを達成する。
さらに,励起演算子をランク付けするための効率的な"score"パラメータを導入し,より大きなエネルギー削減を引き起こす演算子を先に適用できるようにした。
例えば、$\mathrm{h}_4$ square と $\mathrm{h}_4$ chain を例にとると、最初の数個の変分演算子は化学精度でエネルギーを得られるが、追加の演算子は累積ノイズが変分 ansatz の拡張の利得を上回っているため、エネルギーを改善できないことが、ノイズ量子シミュレータ上で実証された。
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