論文の概要: A Qubit-Efficient Variational Selected Configuration-Interaction Method
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.06691v1
- Date: Mon, 13 Feb 2023 21:15:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-15 17:04:46.241065
- Title: A Qubit-Efficient Variational Selected Configuration-Interaction Method
- Title（参考訳）: 量子ビット高効率変分選択構成-相互作用法
- Authors: Daniel Yoffe, Amir Natan, and Adi Makmal
- Abstract要約: より少ない量子ビットを必要とする別の変分量子スキームを提案する。
The proposed algorithm, calleded variational quantum selected-interaction (VQ-SCI) is based on: (a) represent the target groundstate as a superposition of Slater configurations。
VQ-SCIは, これまでに報告された最低量子ビット数を用いて, 化学精度でフルCI(FCI)エネルギーに達することを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Finding the ground-state energy of molecules is an important and challenging
computational problem for which quantum computing can potentially find
efficient solutions. The variational quantum eigensolver (VQE) is a quantum
algorithm that tackles the molecular groundstate problem and is regarded as one
of the flagships of quantum computing. Yet, to date, only very small molecules
were computed via VQE, due to high noise levels in current quantum devices.
Here we present an alternative variational quantum scheme that requires
significantly less qubits. The reduction in qubit number allows for shallower
circuits to be sufficient, rendering the method more resistant to noise. The
proposed algorithm, termed variational quantum
selected-configuration-interaction (VQ-SCI), is based on: (a) representing the
target groundstate as a superposition of Slater determinant configurations,
encoded directly upon the quantum computational basis states; and (b) selecting
a-priory only the most dominant configurations. This is demonstrated through a
set of groundstate calculations of the H$_2$, LiH, BeH$_2$, H$_2$O, NH$_3$ and
C$_2$H$_4$ molecules in the sto-3g basis set, performed on IBM quantum devices.
We show that the VQ-SCI reaches the full-CI (FCI) energy within chemical
accuracy using the lowest number of qubits reported to date. Moreover, when the
SCI matrix is generated ``on the fly", the VQ-SCI requires exponentially less
memory than classical SCI methods. This offers a potential remedy to a severe
memory bottleneck problem in classical SCI calculations. Finally, the proposed
scheme is general and can be straightforwardly applied for finding the
groundstate of any Hermitian matrix, outside the chemical context.
- Abstract（参考訳）: 分子の基底状態エネルギーを見つけることは、量子コンピューティングが効率的な解を見つけることができる、重要かつ困難な計算問題である。
変分量子固有ソルバ (varuational quantum eigensolver, vqe) は、分子基底問題に取り組む量子アルゴリズムであり、量子コンピューティングのフラッグシップの一つであると考えられている。
しかし、現在の量子デバイスのノイズレベルが高いため、vqeで計算された分子はごくわずかであった。
ここでは、量子ビットをはるかに少なくする代替変分量子スキームを提案する。
量子ビット数の削減により、より浅い回路が十分になり、ノイズに耐性が増す。
提案アルゴリズムは変分量子選択-構成-相互作用 (VQ-SCI) と呼ばれる。
(a) 量子基底状態に直接符号化されたスレーター行列式の構成の重ね合わせとして目的基底状態を表すこと、及び
b)最も支配的な構成のみを選択すること。
これはibm量子デバイス上で実行されるsto-3g基底系におけるh$_2$, lih, beh$_2$, h$_2$o, nh$_3$, c$_2$h$_4$分子の基底状態計算によって証明される。
VQ-SCIは, これまでに報告された最低量子ビット数を用いて, 化学精度でフルCI(FCI)エネルギーに達することを示す。
さらに、SCI行列が ``on the fly" 生成されると、VQ-SCIは古典的なSCIメソッドよりも指数関数的に少ないメモリを必要とする。
これは、古典的なSCI計算における深刻なメモリボトルネック問題に対する潜在的な対策を提供する。
最後に、提案されたスキームは一般的なものであり、化学文脈外の任意のエルミート行列の基底状態の発見に簡単に適用することができる。
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