論文の概要: Calculating the ground state energy of benzene under spatial deformations with noisy quantum computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.05275v2
• Date: Thu, 10 Nov 2022 15:35:29 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-22 12:16:54.042658
• Title: Calculating the ground state energy of benzene under spatial deformations with noisy quantum computing
• Title（参考訳）: 雑音量子計算による空間変形下におけるベンゼンの基底状態エネルギーの計算
• Authors: Wassil Sennane, Jean-Philip Piquemal and Marko J. Ran\v{c}i\'c
• Abstract要約: 変分量子固有解器(VQE)を用いた空間変形下におけるベンゼンの基底状態エネルギーを計算する。 先進的なシミュレーションプラットフォームと実際の量子コンピュータを組み合わせることで、量子コンピュータに固有のノイズがどのように影響するかを解析した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In this manuscript, we calculate the ground state energy of benzene under spatial deformations by using the variational quantum eigensolver (VQE). The primary goal of the study is estimating the feasibility of using quantum computing ansatze on near-term devices for solving problems with large number of orbitals in regions where classical methods are known to fail. Furthermore, by combining our advanced simulation platform with real quantum computers, we provided an analysis of how the noise, inherent to quantum computers, affects the results. The centers of our study are the hardware efficient and quantum unitary coupled cluster ansatze (qUCC). First, we find that the hardware efficient ansatz has the potential to outperform mean-field methods for extreme deformations of benzene. However, key problems remain at equilibrium, preventing real chemical application. Moreover, the hardware efficient ansatz yields results that strongly depend on the initial guess of parameters - both in the noisy and noiseless cases - and optimization issues have a higher impact on their convergence than noise. This is confirmed by comparison with real quantum computing experiments. On the other hand, the qUCC ansatz alternative exhibits deeper circuits. Therefore, noise effects increase and are so extreme that the method never outperform mean-field theories. Our dual simulator/8-16 qubits QPU computations of qUCC appears to be a lot more sensitive to hardware noise than shot noise, which give further indications about where the noise-reduction efforts should be directed towards. Finally, the study shows that qUCC method better captures the physics of the system as the qUCC method can be utilized together with the Huckel approximation. We discussed how going beyond this approximation sharply increases the optimization complexity of such a difficult problem.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,変分量子固有解法(VQE)を用いて,空間変形下でのベンゼンの基底状態エネルギーを算出する。 この研究の主な目的は、古典的な方法が失敗することが知られている領域において、多数の軌道の問題を解くために、短期的なデバイスで量子コンピューティングアンサーゼを使用することの可能性を推定することである。 さらに,我々の高度なシミュレーションプラットフォームと実際の量子コンピュータを組み合わせることで,量子コンピュータ固有のノイズが結果にどのように影響するかを分析した。 私たちの研究の中心は、ハードウェア効率と量子ユニタリ結合クラスタ ansatze (qucc) です。 まず,ハードウェア効率のよいアンザッツは,ベンゼンの極端変形に対して平均場法を上回らせる可能性を秘めている。 しかし、重要な問題は均衡に留まり、実際の化学応用を妨げている。 さらに、ハードウェア効率のよいansatzは、ノイズとノイズのないケースの両方において、パラメータの初期推測に強く依存する結果をもたらし、最適化問題はノイズよりもその収束に大きな影響を与える。 これは実際の量子コンピューティング実験と比較して確認される。 一方、qucc ansatz代替回路はより深い回路を示す。 したがって、ノイズ効果は増大し、極端であるため、平均場理論を上回らない。 2つのシミュレータ/8-16 qubits qpuによるquccの計算は、ショットノイズよりもハードウェアノイズに敏感であるように思われる。 最後に、この研究により、qUCC法はハッケル近似とともにqUCC法を利用できるため、系の物理学をよりよく捉えることが示されている。 この近似を超越して、このような難しい問題の最適化の複雑さを劇的に高める方法について議論した。

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