Fugu-MT 論文翻訳(概要): CNOT-Efficient Circuits for Arbitrary Rank Many-Body Fermionic and Qubit Excitations

論文の概要: CNOT-Efficient Circuits for Arbitrary Rank Many-Body Fermionic and Qubit Excitations

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.05771v1
Date: Tue, 11 Oct 2022 20:25:42 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-01-22 22:03:08.079930
Title: CNOT-Efficient Circuits for Arbitrary Rank Many-Body Fermionic and Qubit Excitations
Title（参考訳）: 任意ランク多体フェルミオンおよびクビット励起のためのCNOT効率の良い回路
Authors: Ilias Magoulas, Francesco A. Evangelista
Abstract要約: ノイズの多い中間規模量子デバイス上での量子アルゴリズムの実現には、効率的な量子回路が必要である。本研究では、CNOT効率の量子回路を任意の励起ランクに拡張する。 FEB-およびQEB-SPQEは,従来のSPQEと比較して最大15。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Efficient quantum circuits are necessary for realizing quantum algorithms on noisy intermediate-scale quantum devices. Fermionic excitations entering unitary coupled-cluster (UCC) ans\"atze give rise to quantum circuits containing CNOT "staircases" whose number scales exponentially with the excitation rank. Recently, Yordanov et al. [Phys. Rev. A 102, 062612 (2020); Commun. Phys. 4, 228 (2021)] constructed CNOT-efficient quantum circuits for both fermionic- (FEB) and qubit-excitation-based (QEB) singles and doubles and illustrated their usefulness in adaptive derivative-assembled pseudo-Trotterized variational quantum eigensolver (ADAPT-VQE) simulations. In this work, we extend these CNOT-efficient quantum circuits to arbitrary excitation ranks. To illustrate the benefits of these compact FEB and QEB quantum circuits, we perform numerical simulations using the recently developed selected projective quantum eigensolver (SPQE) approach, which relies on an adaptive UCC ansatz built from arbitrary-order particle-hole excitation operators. We show that both FEB- and QEB-SPQE decrease the number of CNOT gates compared to traditional SPQE by factors as large as 15. At the same time, QEB-SPQE requires, in general, more ansatz parameters than FEB-SPQE, in particular those corresponding to higher-than-double excitations, resulting in quantum circuits with larger CNOT counts. Although ADAPT-VQE generates quantum circuits with fewer CNOTs than SPQE, SPQE requires orders of magnitude less residual element evaluations than gradient element evaluations in ADAPT-VQE.
Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子デバイス上で量子アルゴリズムを実現するには、効率的な量子回路が必要である。ユニタリ結合クラスター (UCC) に入るフェルミオン励起は、励起ランクと指数関数的にスケールするCNOT"階段"を含む量子回路を生じる。最近、ヨルダノフら。 [phys. rev. a 102, 062612 (2020), commun. phys. 4, 228 (2021)] フェルミオン(feb) と qubit-excitation-based (qeb) のシングルとダブルに対するcnot効率のよい量子回路を構築し、適応微分分解型疑似ロータライズ変分量子固有解法(adapt-vqe)のシミュレーションで有用性を示した。本研究では、これらのCNOT効率の量子回路を任意の励起ランクに拡張する。これらの小型febおよびqeb量子回路の利点を説明するために, 任意次粒子ホール励起演算子を用いた適応型uccアンサッツを用いた最近開発された投影型量子固有解法(spqe)を用いて数値シミュレーションを行う。その結果,feb-およびqeb-spqeは従来のspqeに比べてcnotゲートの数を15。同時に、qeb-spqeは一般にfeb-spqeよりも多くのアンサッツパラメータ、特に2倍以上の励起に対応する量子回路を必要とする。 ADAPT-VQEは、SPQEよりもCNOTが少ない量子回路を生成するが、SPQEはADAPT-VQEの勾配要素評価よりも極端に低い残差要素評価を必要とする。

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