論文の概要: Experimental quantum computational chemistry with optimised unitary coupled cluster ansatz
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.08006v3
- Date: Mon, 17 Jun 2024 11:25:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-19 13:20:03.835021
- Title: Experimental quantum computational chemistry with optimised unitary coupled cluster ansatz
- Title（参考訳）: 最適化ユニタリ結合クラスタアンサッツを用いた実験的量子計算化学
- Authors: Shaojun Guo, Jinzhao Sun, Haoran Qian, Ming Gong, Yukun Zhang, Fusheng Chen, Yangsen Ye, Yulin Wu, Sirui Cao, Kun Liu, Chen Zha, Chong Ying, Qingling Zhu, He-Liang Huang, Youwei Zhao, Shaowei Li, Shiyu Wang, Jiale Yu, Daojin Fan, Dachao Wu, Hong Su, Hui Deng, Hao Rong, Yuan Li, Kaili Zhang, Tung-Hsun Chung, Futian Liang, Jin Lin, Yu Xu, Lihua Sun, Cheng Guo, Na Li, Yong-Heng Huo, Cheng-Zhi Peng, Chao-Yang Lu, Xiao Yuan, Xiaobo Zhu, Jian-Wei Pan,
- Abstract要約: スケーラブルで高精度な量子化学シミュレーションの実験的実現はいまだ解明されていない。
実験量子化学の限界を推し進め、最適化されたユニタリ結合クラスタアンサッツでVQEの実装を12キュービットにスケールアップすることに成功した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.6818896497932
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computational chemistry has emerged as an important application of quantum computing. Hybrid quantum-classical computing methods, such as variational quantum eigensolvers (VQE), have been designed as promising solutions to quantum chemistry problems, yet challenges due to theoretical complexity and experimental imperfections hinder progress in achieving reliable and accurate results. Experimental works for solving electronic structures are consequently still restricted to nonscalable (hardware efficient) or classically simulable (Hartree-Fock) ansatz, or limited to a few qubits with large errors. The experimental realisation of scalable and high-precision quantum chemistry simulation remains elusive. Here, we address the critical challenges {associated with} solving molecular electronic structures using noisy quantum processors. Our protocol presents significant improvements in the circuit depth and running time, key metrics for chemistry simulation. Through systematic hardware enhancements and the integration of error mitigation techniques, we push forward the limit of experimental quantum computational chemistry and successfully scale up the implementation of VQE with an optimised unitary coupled-cluster ansatz to 12 qubits. We produce high-precision results of the ground-state energy for molecules with error suppression by around two orders of magnitude. We achieve chemical accuracy for H$_2$ at all bond distances and LiH at small bond distances in the experiment, even beyond the two recent concurrent works. Our work demonstrates a feasible path towards a scalable solution to electronic structure calculation, validating the key technological features and identifying future challenges for this goal.
- Abstract（参考訳）: 量子計算化学は量子コンピューティングの重要な応用として登場した。
変分量子固有解法(VQE)のようなハイブリッド量子古典計算法は、量子化学問題の有望な解法として設計されているが、理論的な複雑さと実験上の不完全性により、信頼性と正確な結果が得られない。
電子構造を解くための実験は、いまだに計算不能(ハードウエア効率)または古典的にシミュレート可能な(Hartree-Fock)アンサッツに制限されている。
スケーラブルで高精度な量子化学シミュレーションの実験的実現はいまだ解明されていない。
ここでは、ノイズ量子プロセッサを用いて分子電子構造を解くことに伴う重要な課題に対処する。
本プロトコルは, 回路深度, 走行時間, 化学シミュレーションの指標を著しく改善する。
ハードウェアの体系的な拡張とエラー軽減技術の統合を通じて、実験的な量子計算化学の限界を推し進め、最適化されたユニタリ結合クラスタ・アザッツを12キュービットに拡大してVQEの実装を成功させた。
誤差抑制分子の基底状態エネルギーの高精度な計算結果を2桁程度精度で生成する。
すべての結合距離におけるH$_2$の化学的精度と実験中の小さな結合距離におけるLiHの化学的精度は、最近の2つの同時処理を超えても達成される。
我々の研究は、電子構造計算におけるスケーラブルなソリューションへの実現可能な道筋を示し、重要な技術的特徴を検証し、この目標の今後の課題を特定する。
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