論文の概要: A self-consistent field approach for the variational quantum
eigensolver: orbital optimization goes adaptive
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11405v1
- Date: Wed, 21 Dec 2022 23:15:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 05:53:42.052799
- Title: A self-consistent field approach for the variational quantum
eigensolver: orbital optimization goes adaptive
- Title（参考訳）: 変分量子固有解法に対する自己整合場アプローチ:軌道最適化は適応する
- Authors: Aaron Fitzpatrick and Anton Nyk\"anen and N. Walter Talarico and
Alessandro Lunghi and Sabrina Maniscalco and Guillermo Garc\'ia-P\'erez and
Stefan Knecht
- Abstract要約: 適応微分組立問題集合型アンザッツ変分固有解法(ADAPTVQE)における自己一貫したフィールドアプローチ(SCF)を提案する。
このフレームワークは、短期量子コンピュータ上の化学系の効率的な量子シミュレーションに使用される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 52.77024349608834
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a self consistent field approach (SCF) within the Adaptive
Derivative-Assembled Problem-Tailored Ansatz Variational Quantum Eigensolver
(ADAPT-VQE) framework for efficient quantum simulations of chemical systems on
near-term quantum computers. To this end, our ADAPT-VQE-SCF approach combines
the idea of generating an ansatz with a small number of parameters, resulting
in shallow-depth quantum circuits with a direct minimization of an energy
expression which is correct to second order with respect to changes in the
molecular orbital basis. Our numerical analysis, including calculations for the
transition metal complex ferrocene (Fe$\rm (C_5H_5)_2$), indicates that
convergence in the self-consistent orbital optimization loop can be reached
without a considerable increase in the number of two-qubit gates in the quantum
circuit by comparison to a VQE optimization in the initial molecular orbital
basis. Moreover, the orbital optimization can be carried out simultaneously
within each iteration of the ADAPT-VQE cycle. ADAPT-VQE-SCF thus allows us to
implement a routine analogous to CASSCF, a cornerstone of state-of-the-art
computational chemistry, in a hardware-efficient manner on near-term quantum
computers. Hence, ADAPT-VQE-SCF paves the way towards a paradigm shift for
quantitative quantum-chemistry simulations on quantum computers by requiring
fewer qubits and opening up for the use of large and flexible atomic orbital
basis sets in contrast to earlier methods that are predominantly based on the
idea of full active spaces with minimal basis sets.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 適応デリバティブ・アセンブラ型変分量子固有解法 (ADAPT-VQE) における自己一貫したフィールド・アプローチ(SCF) について, 短期量子コンピュータ上での化学系の効率的な量子シミュレーションを行う。
この目的のために、ADAPT-VQE-SCFアプローチは、アンザッツを少数のパラメータで生成するというアイデアを組み合わせることで、分子軌道基底の変化に対して正しいエネルギー表現を直接最小化することで、浅い深さの量子回路を実現する。
遷移金属錯体フェロセン (fe$\rm (c_5h_5)_2$) の計算を含む数値解析により, 初期分子軌道におけるvqe最適化と比較して, 量子回路内の2量子ビットゲート数を大幅に増加させることなく, 自己整合軌道最適化ループの収束に到達できることが示された。
さらに、ADAPT-VQEサイクルの各イテレーション内で軌道最適化を同時に行うことができる。
ADAPT-VQE-SCFは,最先端の計算化学の基礎であるCASSCFに類似したルーチンを,短期量子コンピュータ上でハードウェア効率よく実装することができる。
したがって、adapt-vqe-scf は量子コンピュータ上の定量的量子化学シミュレーションのパラダイムシフトへの道を歩み、量子ビットの削減と、最小基底集合を持つ完全な活性空間の概念に基づく初期の方法とは対照的に、大きく柔軟な原子軌道基底集合の使用を開放する。
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