論文の概要: Optimizing Parameterized Quantum Circuits with Free-Axis Selection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.14875v2
- Date: Wed, 22 Feb 2023 05:53:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-25 03:56:21.285533
- Title: Optimizing Parameterized Quantum Circuits with Free-Axis Selection
- Title（参考訳）: 自由軸選択によるパラメータ化量子回路の最適化
- Authors: Hiroshi C. Watanabe and Rudy Raymond and Yu-ya Ohnishi and Eriko
Kaminishi and Michihiko Sugawara
- Abstract要約: Parametrized Quantum Circuits (PQCs) を利用する変分量子アルゴリズムは、短期量子デバイスにおける最適化問題に対する量子優位性を実現するための有望なツールである。
本稿では,PQCを1量子回転ゲートの角度と軸の連続パラメトリゼーションにより構築する手法を提案する。
Kullback-Leibler (KL) 分散度を用いて測定した場合, 簡易な自由軸選択法は, 他の構造最適化法よりも表現性が高いことを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.265379077082569
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Variational quantum algorithms, which utilize Parametrized Quantum Circuits
(PQCs), are promising tools to achieve quantum advantage for optimization
problems on near-term quantum devices. Their PQCs have been conventionally
constructed from parametrized rotational angles of single-qubit gates around
predetermined set of axes, and two-qubit entangling gates, such as CNOT gates.
We propose a method to construct a PQC by continuous parametrization of both
the angles and the axes of its single-qubit rotation gates. The method is based
on the observation that when rotational angles are fixed, optimal axes of
rotations can be computed by solving a system of linear equations whose
coefficients can be determined from the PQC with small computational overhead.
The method can be further simplified to select axes freely from continuous
parameters with rotational angles fixed to half rotation or $\pi$. We show the
simplified free-axis selection method has better expressibility against other
structural optimization methods when measured with Kullback-Leibler (KL)
divergence. We also demonstrate PQCs with free-axis selection are more
effective to search the ground states of Hamiltonians for quantum chemistry and
combinatorial optimization. Because free-axis selection allows designing PQCs
without specifying their single-qubit rotational axes, it may significantly
improve the handiness of PQCs.
- Abstract（参考訳）: Parametrized Quantum Circuits (PQC) を利用する変分量子アルゴリズムは、短期量子デバイスにおける最適化問題に対する量子優位性を実現するための有望なツールである。
彼らのPQCは、従来、所定の軸の周りの単一量子ゲートのパラメタライズされた回転角と、CNOTゲートのような2量子エンタングルゲートから構築されてきた。
本稿では,PQCを1量子回転ゲートの角度と軸の連続パラメトリゼーションにより構築する手法を提案する。
この手法は、回転角が固定された場合、計算オーバーヘッドの少ないPQCから係数を決定できる線形方程式系を解くことにより、回転の最適軸を計算することができる。
この方法は、半回転あるいは$\pi$に固定された回転角を持つ連続パラメータから軸を自由に選択することができる。
簡易自由軸選択法は,kullback-leibler (kl) ダイバージェンスを用いて測定した場合,他の構造最適化法よりも優れた表現性を示す。
また、自由軸選択を持つpqcsは、量子化学および組合せ最適化のためのハミルトンの基底状態の探索により効果的であることを示す。
自由軸選択により、一量子回転軸を指定せずにPQCを設計できるため、PQCの利便性は大幅に向上する可能性がある。
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