論文の概要: Universal quantum circuits for quantum chemistry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.13839v2
• Date: Fri, 10 Jun 2022 18:06:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-25 13:49:57.546586
• Title: Universal quantum circuits for quantum chemistry
• Title（参考訳）: 量子化学のためのユニバーサル量子回路
• Authors: Juan Miguel Arrazola, Olivia Di Matteo, Nicol\'as Quesada, Soran Jahangiri, Alain Delgado, and Nathan Killoran
• Abstract要約: 制御された単一励起ゲートは、粒子保存ユニタリには普遍的であることを示す。 我々の結果は量子計算化学の統一的な枠組みを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Universal gate sets for quantum computing have been known for decades, yet no universal gate set has been proposed for particle-conserving unitaries, which are the operations of interest in quantum chemistry. In this work, we show that controlled single-excitation gates in the form of Givens rotations are universal for particle-conserving unitaries. Single-excitation gates describe an arbitrary $U(2)$ rotation on the two-qubit subspace spanned by the states $|01\rangle, |10\rangle$, while leaving other states unchanged -- a transformation that is analogous to a single-qubit rotation on a dual-rail qubit. The proof is constructive, so our result also provides an explicit method for compiling arbitrary particle-conserving unitaries. Additionally, we describe a method for using controlled single-excitation gates to prepare an arbitrary state of a fixed number of particles. We derive analytical gradient formulas for Givens rotations as well as decompositions into single-qubit and CNOT gates. Our results offer a unifying framework for quantum computational chemistry where every algorithm is a unique recipe built from the same universal ingredients: Givens rotations.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングのための普遍ゲートセットは数十年前から知られていたが、量子化学に関心を持つ粒子保存ユニタリには普遍ゲートセットは提案されていない。 本研究では,制御された単一励振ゲートが粒子保存ユニタリに対して普遍的であることを示す。 単励起ゲート(single-excitation gates)は、2量子ビット部分空間上の任意の u(2)$ 回転を記述し、{|01\rangle, |10\rangle$ と記述するが、他の状態は変更しない。 この証明は構成的であるため、任意の粒子保存ユニタリをコンパイルするための明示的な方法も提供する。 さらに,制御された単一励起ゲートを用いて一定数の粒子の任意の状態を作成する方法についても述べる。 我々は、単量子およびCNOTゲートへの分解と同様に、アジェンダ回転の解析的勾配式を導出する。 我々の結果は、全てのアルゴリズムが同じ普遍的な成分から作られたユニークなレシピである量子計算化学のための統一的なフレームワークを提供する。

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