論文の概要: Orbital-optimized pair-correlated electron simulations on trapped-ion quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.02482v1
• Date: Mon, 5 Dec 2022 18:40:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 20:19:59.061946
• Title: Orbital-optimized pair-correlated electron simulations on trapped-ion quantum computers
• Title（参考訳）: 捕捉イオン量子コンピュータ上の軌道最適化対相関電子シミュレーション
• Authors: Luning Zhao, Joshua Goings, Kenneth Wright, Jason Nguyen, Jungsang Kim, Sonika Johri, Kyujin Shin, Woomin Kyoung, Johanna I. Fuks, June-Koo Kevin Rhee, Young Min Rhee
• Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、量子コンピュータ上の電子構造問題を解く最も有望な手法の一つである。 実際にVQEにとって重要な課題は、VQEアンサッツの表現率とアンサッツを実装するのに必要な量子ゲートの数とのバランスをとる必要があることである。 最大12キュービットと72の変分パラメータを持つエンドツーエンドのVQEアルゴリズムを実行する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.471876092032107
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Variational quantum eigensolvers (VQE) are among the most promising approaches for solving electronic structure problems on near-term quantum computers. A critical challenge for VQE in practice is that one needs to strike a balance between the expressivity of the VQE ansatz versus the number of quantum gates required to implement the ansatz, given the reality of noisy quantum operations on near-term quantum computers. In this work, we consider an orbital-optimized pair-correlated approximation to the unitary coupled cluster with singles and doubles (uCCSD) ansatz and report a highly efficient quantum circuit implementation for trapped-ion architectures. We show that orbital optimization can recover significant additional electron correlation energy without sacrificing efficiency through measurements of low-order reduced density matrices (RDMs). In the dissociation of small molecules, the method gives qualitatively accurate predictions in the strongly-correlated regime when running on noise-free quantum simulators. On IonQ's Harmony and Aria trapped-ion quantum computers, we run end-to-end VQE algorithms with up to 12 qubits and 72 variational parameters - the largest full VQE simulation with a correlated wave function on quantum hardware. We find that even without error mitigation techniques, the predicted relative energies across different molecular geometries are in excellent agreement with noise-free simulators.
• Abstract（参考訳）: 変分量子固有ソルバ(vqe)は、短期量子コンピュータにおける電子構造問題を解決する最も有望な手法の一つである。 実際、vqe の批判的な課題は、近い将来の量子コンピュータにおけるノイズの多い量子演算の現実を考えると、vqe ansatz の表現性と ansatz の実装に必要な量子ゲートの数とのバランスを取る必要があることである。 本研究では,単一と二重(uCCSD)アンサッツを用いた一元結合クラスタに対する軌道最適化ペア相関近似について検討し,捕捉イオンアーキテクチャの高効率量子回路実装について報告する。 軌道最適化により、低次還元密度行列(RDM)の測定により、効率を犠牲にすることなく、重要な電子相関エネルギーを回収できることを示す。 小分子の解離では、ノイズのない量子シミュレーター上での強い相関状態において定性的に正確な予測を行う。 ionq のharmony と aria トラップ型量子コンピュータ上では、最大 12 量子ビットと72 変分パラメータを持つエンドツーエンドの vqe アルゴリズムを実行する。 その結果, 誤差緩和手法がなくても, 分子ジオメトリ間の相対エネルギーの予測はノイズフリーシミュレータとよく一致していることがわかった。

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