論文の概要: Iterative Qubit Coupled Cluster using only Clifford circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.10501v2
• Date: Mon, 04 Nov 2024 19:23:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-06 14:56:22.882380
• Title: Iterative Qubit Coupled Cluster using only Clifford circuits
• Title（参考訳）: クリフォード回路のみを用いた反復量子結合クラスタ
• Authors: James Brown, Marc P. Coons, Erika Lloyd, Alexandre Fleury, Krzysztof Bieniasz, Valentin Senicourt, Arman Zaribafiyan,
• Abstract要約: 古典的に容易に生成できる理想的な状態準備プロトコルを特徴付けることができる。 繰り返し量子ビット結合クラスタ(iQCC)の変種を導入して,これらの要件を満たす手法を提案する。 本研究では, チタン系化合物Ti(C5H5)(CH3)3と (20, 20) 活性空間の複雑な系に研究を拡張した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.136619420474766
• License:
• Abstract: The performance of quantum algorithms for ground-state energy estimation is directly impacted by the quality of the initial state, where quality is traditionally defined in terms of the overlap of the input state with the target state. An ideal state preparation protocol can be characterized by being easily generated classically and can be transformed to a quantum circuit with minimal overhead while having a significant overlap with the targeted eigenstate of a given Hamiltonian. We propose a method that meets these requirements by introducing a variant of the iterative qubit coupled cluster (iQCC) approach, which exclusively uses Clifford circuits. These circuits can be efficiently simulated on a classical computer, with polynomial scaling according to the Gottesman-Knill theorem. Since the iQCC method has been developed as a quantum algorithm firstly, our variant can be mapped naturally to quantum hardware. We additionally implemented several optimizations to the algorithm enhancing its scalability. We demonstrate the algorithm's correctness in ground-state simulations for small molecules such as H2, LiH, and H2O, and extend our study to complex systems like the titanium-based compound Ti(C5H5)(CH3)3 with a (20, 20) active space, requiring 40 qubits. Results show that the convergence of the algorithm is well-behaved, and the ground state can be represented accurately. Moreover, we show an automated workflow for restricting the qubit active space, thus relieving computational resources by considering only qubits affected by non-trivial operations.
• Abstract（参考訳）: 基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムの性能は、入力状態とターゲット状態の重なり合いの観点から伝統的に品質が定義される初期状態の品質によって直接影響を受ける。 理想的な状態準備プロトコルは、古典的に容易に生成でき、最小限のオーバーヘッドで量子回路に変換できると同時に、与えられたハミルトニアンの標的固有状態とかなりの重なりを持つことを特徴とする。 本稿では,クリフォード回路のみを用いた反復的量子結合クラスタ (iQCC) の変種を導入することにより,これらの要件を満たす手法を提案する。 これらの回路は古典的なコンピュータ上で効率よくシミュレートすることができ、ゴッテマン・クニルの定理に従って多項式スケーリングを行う。 iQCC法はまず量子アルゴリズムとして開発されたため、我々の変種は自然に量子ハードウェアにマッピングできる。 さらに,拡張性を向上させるアルゴリズムにいくつかの最適化を実装した。 H2, LiH, H2Oなどの小分子の基底状態シミュレーションにおけるアルゴリズムの正しさを実証し, チタン系化合物Ti(C5H5)(CH3)3の活性空間が (20, 20) 必要であり, 40 qubits である。 その結果,アルゴリズムの収束性は良好であり,基底状態を正確に表現できることが示唆された。 さらに,非自明な演算によって影響を受けるキュービットのみを考慮し,量子ビットの活性空間を制限し,計算資源を緩和する自動化ワークフローを示す。

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