論文の概要: The impacts of optimization algorithm and basis size on the accuracy and
efficiency of variational quantum eigensolver
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.15852v2
- Date: Fri, 15 Jan 2021 10:44:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-12 03:47:30.040313
- Title: The impacts of optimization algorithm and basis size on the accuracy and
efficiency of variational quantum eigensolver
- Title（参考訳）: 変分量子固有解法の精度と効率に及ぼす最適化アルゴリズムと基底サイズの影響
- Authors: Xian-Hu Zha, Chao Zhang, Dengdong Fan, Pengxiang Xu, Shiyu Du, Rui-Qin
Zhang and Chen Fu
- Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、短期量子デバイスに基づく量子化学の有望な方法論である。
本研究は, ユニタリカップリングクラスタ(UCC)アンザッツを用いたVQE法による5分子(H2, LiH, HF, N2, F2)の研究である。
勾配最適化L-BFGS-Bの性能を直接探索法COBYLAの性能と比較する。
VQEの実用化のためには、限られた量子資源に基づいて完全能動空間(CAS)を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.94838505400535
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Variational quantum eigensolver (VQE) is demonstrated to be the promising
methodology for quantum chemistry based on near-term quantum devices. However,
many problems are yet to be investigated for this methodology, such as the
influences of optimization algorithm and basis size on the accuracy and
efficiency for quantum computing. To address these issues, five molecules (H2,
LiH, HF, N2 and F2) are studied in this work based on the VQE method using
unitary coupled cluster (UCC) ansatz. The performance of the gradient
optimization L-BFGS-B is compared with that of the direct search method COBYLA.
The former converges more quickly, but the accuracy of energy surface is a
little lower. The basis set shows a vital influence on the accuracy and
efficiency. A large basis set generally provides an accurate energy surface,
but induces a significant increase in computing time. The 631g basis is
generally required from the energy surface of the simplest H2 molecule. For
practical applications of VQE, complete active space (CAS) is suggested based
on limited quantum resources. With the same number of qubits, more occupied
orbitals included in CAS gives a better accuracy for the energy surface and a
smaller evaluation number in the VQE optimization. Additionally, the electronic
structure, such as filling fraction of orbitals, the bond strength of a
molecule and the maximum nuclear charge also influences the performance of
optimization, where half occupation of orbitals generally requires a large
computation cost.
- Abstract（参考訳）: 変分量子固有ソルバ(vqe)は、短期量子デバイスに基づく量子化学にとって有望な方法論である。
しかし、量子コンピューティングの精度と効率に最適化アルゴリズムと基底サイズが与える影響など、多くの問題はまだ研究されていない。
これらの問題に対処するため、5つの分子(H2, LiH, HF, N2, F2)をユニタリカップリングクラスタ(UCC)アンザッツを用いたVQE法に基づいて研究した。
勾配最適化L-BFGS-Bの性能を直接探索法COBYLAの性能と比較する。
前者はより速く収束するが、エネルギー表面の精度は少し低い。
基礎セットは精度と効率に重大な影響を与えている。
大きな基底集合は一般に正確なエネルギー表面を提供するが、計算時間を大幅に増加させる。
631g塩基は、一般に最も単純なH2分子のエネルギー面から要求される。
VQEの実用化には、限られた量子資源に基づいて完全能動空間(CAS)を提案する。
同じ量子ビット数で、CASに含まれるより占有された軌道は、エネルギー表面の精度を向上し、VQE最適化においてより少ない評価数を与える。
さらに、軌道の充填率、分子の結合強さ、最大核電荷などの電子構造は最適化の性能にも影響を与え、軌道の半分の占有は一般に大きな計算コストを必要とする。
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