論文の概要: CAFQA: A classical simulation bootstrap for variational quantum algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.12924v4
• Date: Fri, 29 Sep 2023 21:12:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-03 21:39:09.668882
• Title: CAFQA: A classical simulation bootstrap for variational quantum algorithms
• Title（参考訳）: CAFQA:変分量子アルゴリズムのための古典的なシミュレーションブートストラップ
• Authors: Gokul Subramanian Ravi, Pranav Gokhale, Yi Ding, William M. Kirby, Kaitlin N. Smith, Jonathan M. Baker, Peter J. Love, Henry Hoffmann, Kenneth R. Brown and Frederic T. Chong
• Abstract要約: CAFQAアンサッツ(CAFQA ansatz)は、クリフォードゲートのみを備えたハードウェア効率の良い回路である。 CAFQAは6.4xと56.8xの平均精度の改善を、異なるメトリクスで達成している。 CAFQAの高精度により、VQAの収束は小さな分子でも2.5倍加速することが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.659073885003684
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This work tackles the problem of finding a good ansatz initialization for Variational Quantum Algorithms (VQAs), by proposing CAFQA, a Clifford Ansatz For Quantum Accuracy. The CAFQA ansatz is a hardware-efficient circuit built with only Clifford gates. In this ansatz, the parameters for the tunable gates are chosen by searching efficiently through the Clifford parameter space via classical simulation. The resulting initial states always equal or outperform traditional classical initialization (e.g., Hartree-Fock), and enable high-accuracy VQA estimations. CAFQA is well-suited to classical computation because: a) Clifford-only quantum circuits can be exactly simulated classically in polynomial time, and b) the discrete Clifford space is searched efficiently via Bayesian Optimization. For the Variational Quantum Eigensolver (VQE) task of molecular ground state energy estimation (up to 18 qubits), CAFQA's Clifford Ansatz achieves a mean accuracy of nearly 99% and recovers as much as 99.99% of the molecular correlation energy that is lost in Hartree-Fock initialization. CAFQA achieves mean accuracy improvements of 6.4x and 56.8x, over the state-of-the-art, on different metrics. The scalability of the approach allows for preliminary ground state energy estimation of the challenging chromium dimer (Cr$_2$) molecule. With CAFQA's high-accuracy initialization, the convergence of VQAs is shown to accelerate by 2.5x, even for small molecules. Furthermore, preliminary exploration of allowing a limited number of non-Clifford (T) gates in the CAFQA framework, shows that as much as 99.9% of the correlation energy can be recovered at bond lengths for which Clifford-only CAFQA accuracy is relatively limited, while remaining classically simulable.
• Abstract（参考訳）: この研究は、CAFQA(Clifford Ansatz For Quantum Accuracy)を提案することにより、変分量子アルゴリズム(VQA)の優れたアンザッツ初期化を求める問題に取り組む。 CAFQAアンサッツ(CAFQA ansatz)は、クリフォードゲートのみを備えたハードウェア効率の良い回路である。 このアンサッツにおいて、可変ゲートのパラメータは古典的シミュレーションによりクリフォードパラメータ空間を効率的に探索することによって選択される。 結果として得られる初期状態は常に伝統的な初期化(例えばhartree-fock)と等しくなり、高い精度のvqa推定を可能にする。 CAFQAは古典的な計算に適しています。 a)クリフォードのみの量子回路は、多項式時間で正確に古典的にシミュレートすることができ、 b)離散クリフォード空間はベイズ最適化によって効率的に探索される。 分子基底状態エネルギー推定(最大18キュービット)の変分量子固有ソルバ(vqe)タスクにおいて、cafqaのclifford ansatzは99%近くの平均精度を達成し、hartree-fock初期化で失われた分子相関エネルギーの99.99%を回復する。 CAFQAは6.4xと56.8xの平均精度の改善を、異なるメトリクスで達成している。 アプローチのスケーラビリティは、挑戦的なクロム二量体(Cr$_2$)分子の予備基底状態エネルギー推定を可能にする。 CAFQAの高精度初期化により、VQAの収束は小さな分子でも2.5倍加速することが示されている。 さらに、cafqaフレームワークで限られた数の非クリフォード(t)ゲートを許容する予備的な調査により、クリフォードのみのcafqa精度が比較的制限されたボンド長で相関エネルギーの99.9%を回収できることが示された。

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