論文の概要: State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.06978v3
- Date: Mon, 3 Oct 2022 20:33:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-25 20:48:00.657142
- Title: State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Computation
- Title（参考訳）: 早期耐故障量子計算のための状態準備ブースタ
- Authors: Guoming Wang, Sukin Sim, Peter D. Johnson
- Abstract要約: 本研究では, 基底状態の重なりを確実に増大させるために, 制限深度量子回路を用いた基底状態昇降法を提案する。
ブースターと呼ばれるこの回路は、VQEからアンザッツを増量したり、スタンドアローン状態準備法として使用することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computing is believed to be particularly useful for the simulation of
chemistry and materials, among the various applications. In recent years, there
have been significant advancements in the development of near-term quantum
algorithms for quantum simulation, including VQE and many of its variants.
However, for such algorithms to be useful, they need to overcome several
critical barriers including the inability to prepare high-quality
approximations of the ground state. Current challenges to state preparation,
including barren plateaus and the high-dimensionality of the optimization
landscape, make state preparation through ansatz optimization unreliable. In
this work, we introduce the method of ground state boosting, which uses a
limited-depth quantum circuit to reliably increase the overlap with the ground
state. This circuit, which we call a booster, can be used to augment an ansatz
from VQE or be used as a stand-alone state preparation method. The booster
converts circuit depth into ground state overlap in a controllable manner. We
numerically demonstrate the capabilities of boosters by simulating the
performance of a particular type of booster, namely the Gaussian booster, for
preparing the ground state of $N_2$ molecular system. Beyond ground state
preparation as a direct objective, many quantum algorithms, such as quantum
phase estimation, rely on high-quality state preparation as a subroutine.
Therefore, we foresee ground state boosting and similar methods as becoming
essential algorithmic components as the field transitions into using early
fault-tolerant quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、様々な応用の中で化学や材料のシミュレーションに特に有用であると考えられている。
近年、VQEなど多くの変種を含む量子シミュレーションのための短期量子アルゴリズムの開発が著しい進歩を遂げている。
しかし、そのようなアルゴリズムが有用であるためには、基底状態の高品質な近似を準備できないなど、いくつかの重要な障壁を克服する必要がある。
不毛高原や最適化景観の高次元など、状態準備の現在の課題は、アンサッツ最適化による状態準備を信頼できないものにする。
本研究では,有限深さ量子回路を用いて基底状態の重なりを確実に増大させる基底状態ブースティング法を提案する。
ブースターと呼ばれるこの回路は、VQEからアンザッツを増量したり、スタンドアローン状態準備法として使用することができる。
ブースタは、制御可能な方法で回路深度を基底状態重なりに変換する。
我々は,特定のタイプのブースター,すなわちガウス式ブースターの性能をシミュレートして,n_2$分子系の基底状態を作成することで,ブースターの性能を数値的に示す。
直接目的としての基底状態準備以外にも、量子位相推定のような多くの量子アルゴリズムは、サブルーチンとして高品質の状態準備に依存している。
したがって,フィールドが初期のフォールトトレラント量子コンピュータに移行するにつれて,基礎状態ブースティングや類似の手法が必須のアルゴリズム成分となることを予測する。
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