Fugu-MT 論文翻訳(概要): Variational Quantum Eigensolver with Reduced Circuit Complexity

論文の概要: Variational Quantum Eigensolver with Reduced Circuit Complexity

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.07619v1
Date: Mon, 14 Jun 2021 17:23:46 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-03-26 17:40:56.800481
Title: Variational Quantum Eigensolver with Reduced Circuit Complexity
Title（参考訳）: 回路複雑性を低減した変分量子固有解法
Authors: Yu Zhang, Lukasz Cincio, Christian F. A. Negre, Piotr Czarnik, Patrick Coles, Petr M. Anisimov, Susan M. Mniszewski, Sergei Tretiak, Pavel A. Dub
Abstract要約: 電子構造計算におけるVQEにおける量子回路の複雑性を低減するための新しい手法を提案する。我々のアルゴリズムは、ClusterVQEと呼ばれ、初期量子ビット空間を、個々の量子回路にさらに分散したサブスペース(キュービットクラスタ)に分割する。この新しいアルゴリズムは同時に量子ビット数と回路深度を減少させ、NISQデバイス上での量子化学シミュレーションの潜在的なリーダーとなる。
参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1158760235626946
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The variational quantum eigensolver (VQE) is one of the most promising algorithms to find eigenvalues and eigenvectors of a given Hamiltonian on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. A particular application is to obtain ground or excited states of molecules. The practical realization is currently limited by the complexity of quantum circuits. Here we present a novel approach to reduce quantum circuit complexity in VQE for electronic structure calculations. Our algorithm, called ClusterVQE, splits the initial qubit space into subspaces (qubit clusters) which are further distributed on individual (shallower) quantum circuits. The clusters are obtained based on quantum mutual information reflecting maximal entanglement between qubits, whereas entanglement between different clusters is taken into account via a new "dressed" Hamiltonian. ClusterVQE therefore allows exact simulation of the problem by using fewer qubits and shallower circuit depth compared to standard VQE at the cost of additional classical resources. In addition, a new gradient measurement method without using an ancillary qubit is also developed in this work. Proof-of-principle demonstrations are presented for several molecular systems based on quantum simulators as well as an IBM quantum device with accompanying error mitigation. The efficiency of the new algorithm is comparable to or even improved over qubit-ADAPT-VQE and iterative Qubit Coupled Cluster (iQCC), state-of-the-art circuit-efficient VQE methods to obtain variational ground state energies of molecules on NISQ hardware. Above all, the new ClusterVQE algorithm simultaneously reduces the number of qubits and circuit depth, making it a potential leader for quantum chemistry simulations on NISQ devices.
Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、雑音のある中間スケール量子(NISQ)デバイス上で与えられたハミルトニアンの固有値と固有ベクトルを求める最も有望なアルゴリズムの1つである。特定の用途は分子の基底状態や励起状態を得ることである。実用的な実現は現在、量子回路の複雑さによって制限されている。本稿では,電子構造計算のためのvqeにおける量子回路の複雑性を低減する新しい手法を提案する。このアルゴリズムはclustervqeと呼ばれ、初期量子ビット空間をサブスペース(量子ビットクラスター)に分割する。クラスターはキュービット間の最大絡み合いを反映した量子的相互情報に基づいて得られるが、異なるクラスター間の絡み合いは新しい「有装」ハミルトニアンによって考慮される。したがって、ClusterVQEは従来のVQEよりも少ない量子ビットと浅い回路深度で問題を正確にシミュレーションすることができる。また,本研究では,補助量子ビットを用いない新しい勾配測定法も開発されている。原理実証のデモンストレーションは、量子シミュレータに基づくいくつかの分子システムと、エラー緩和を伴うibm量子デバイスに対して提示される。新しいアルゴリズムの効率は、量子ビット適応型vqeおよび反復量子ビット結合クラスター(iqcc)、最先端回路効率のvqe法に匹敵し、nisqハードウェア上の分子の変分基底状態エネルギーを得る。さらに、新しいClusterVQEアルゴリズムはキュービット数と回路深度を同時に減少させ、NISQデバイス上での量子化学シミュレーションの潜在的なリーダーとなる。

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