論文の概要: Improving the accuracy and efficiency of quantum connected moments
expansions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.09124v2
- Date: Tue, 23 Mar 2021 13:05:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 23:32:23.399325
- Title: Improving the accuracy and efficiency of quantum connected moments
expansions
- Title（参考訳）: 量子接続モーメント展開の精度と効率の向上
- Authors: Daniel Claudino, Bo Peng, Nicholas P. Bauman, Karol Kowalski and
Travis S. Humble
- Abstract要約: 量子化学において、変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムはユビキタス化されている。
ここでは、ADAPT-VQEアルゴリズムを用いて浅い回路構築戦略をテストする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.9834612867114965
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The still-maturing noisy intermediate-scale quantum (NISQ) technology faces
strict limitations on the algorithms that can be implemented efficiently. In
quantum chemistry, the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm has
become ubiquitous, using the functional form of the ansatz as a degree of
freedom, whose parameters are found variationally in a feedback loop between
the quantum processor and its conventional counterpart. Alternatively, a
promising new avenue has been unraveled by the quantum variants of techniques
grounded on expansions of the moments of the Hamiltonian, among which two stand
out: the connected moments expansion (CMX) [Phys. Rev. Lett. 58, 53 (1987)] and
the Peeters-Devreese-Soldatov (PDS) functional [J. Phys. A 17, 625 (1984); Int.
J. Mod. Phys. B 9, 2899], the latter based on the standard moments <$H^k$>.
Contrasting with VQE-based methods and provided the quantum circuit prepares a
state with non-vanishing overlap with the true ground state, CMX often
converges to the ground state energy, while PDS is guaranteed to converge by
virtue of being variational. However, for a finite CMX/PDS order, the circuit
may significantly impact the energy accuracy. Here we use the ADAPT-VQE
algorithm to test shallow circuit construction strategies that are not expected
to impede their implementation in the present quantum hardware while granting
sizable accuracy improvement in the computed ground state energies. We also
show that we can take advantage of the fact that the terms in the connected
moments are highly recurring in different powers, incurring a sizable reduction
in the number of necessary measurements. By coupling this measurement caching
with a threshold that determines whether a given term is to be measured based
on its associated scalar coefficient, we observe a further reduction in the
number of circuit implementations while allowing for tunable accuracy.
- Abstract（参考訳）: 未だ整合性のある中間スケール量子(NISQ)技術は、効率的に実装できるアルゴリズムに厳しい制限に直面している。
量子化学において、変分量子固有解法 (VQE) アルゴリズムは、アンザッツの関数形式を自由度としてユビキタス化され、そのパラメータは量子プロセッサと従来との間にあるフィードバックループで変動的に見つかる。
あるいは、ハミルトニアンのモーメントの展開に基づく量子的不変性によって、有望な新しい道が発見されている: 連結モーメント展開 (CMX) [Phys. Rev. 58, 53 (1987)] とピーターズ=デヴリース=ソルダトフ (PDS) 汎函数 [J. Phys. A 17, 625 (1984); Int. J. Mod. Phys. B 9, 2899] であり、後者は標準モーメント <$H^k$> に基づいている。
VQEベースの手法と対照的に、量子回路が真の基底状態と非消滅的に重なり合う状態を準備し、CMXはしばしば基底状態エネルギーに収束し、PSDは変動によって収束することが保証される。
しかし、有限cmx/pdsオーダーの場合、回路はエネルギーの精度に大きな影響を与える可能性がある。
ここでは、ADAPT-VQEアルゴリズムを用いて、計算された基底状態エネルギーの大幅な精度向上を図りながら、現在の量子ハードウェアにおける実装を妨げることが期待できない浅層回路構築戦略をテストする。
また、接続モーメントの項が異なるパワーで非常に繰り返されており、必要な測定回数が大幅に減少しているという事実を活用できることも示している。
この測定キャッシングを、そのスカラー係数に基づいて所定の項が測定されるか否かを判定するしきい値と結合することにより、回路実装のさらなる減少を観測し、調整可能な精度を実現する。
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