論文の概要: Quantum-Selected Configuration Interaction: classical diagonalization of
Hamiltonians in subspaces selected by quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.11320v1
- Date: Wed, 22 Feb 2023 12:05:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-23 15:23:59.606691
- Title: Quantum-Selected Configuration Interaction: classical diagonalization of
Hamiltonians in subspaces selected by quantum computers
- Title（参考訳）: 量子選択構成相互作用:量子コンピュータによって選択された部分空間におけるハミルトンの古典的対角化
- Authors: Keita Kanno, Masaya Kohda, Ryosuke Imai, Sho Koh, Kosuke Mitarai,
Wataru Mizukami, Yuya O. Nakagawa
- Abstract要約: 雑音量子デバイス上での多電子ハミルトニアンの基底および励起状態エネルギーを計算するためのハイブリッド量子古典アルゴリズムのクラスを提案する。
提案アルゴリズムは、数十量子ビットの量子デバイスを活用することで、いくつかの挑戦的な分子に取り組むことが可能である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose quantum-selected configuration interaction (QSCI), a class of
hybrid quantum-classical algorithms for calculating the ground- and
excited-state energies of many-electron Hamiltonians on noisy quantum devices.
Suppose that an approximate ground state can be prepared on a quantum computer
either by variational quantum eigensolver or by some other method. Then, by
sampling the state in the computational basis, which is hard for classical
computation in general, one can identify the electron configurations that are
important for reproducing the ground state. The Hamiltonian in the subspace
spanned by those important configurations is diagonalized on classical
computers to output the ground-state energy and the corresponding eigenvector.
The excited-state energies can be obtained similarly. The result is robust
against statistical and physical errors because the noisy quantum devices are
used only to define the subspace, and the resulting ground-state energy
strictly satisfies the variational principle even in the presence of such
errors. The expectation values of various other operators can also be estimated
for obtained eigenstates with no additional quantum cost, since the explicit
eigenvectors in the subspaces are known. We verified our proposal by numerical
simulations, and demonstrated it on a quantum device for an 8-qubit molecular
Hamiltonian. The proposed algorithms are potentially feasible to tackle some
challenging molecules by exploiting quantum devices with several tens of
qubits, assisted by high-performance classical computing resources for
diagonalization.
- Abstract（参考訳）: ノイズ量子デバイス上で多電子ハミルトニアンの基底エネルギーと励起状態エネルギーを計算するためのハイブリッド量子古典アルゴリズムのクラスであるquantum-selected configuration interaction (qsci)を提案する。
量子コンピュータ上で近似基底状態が、変分量子固有解法または他の方法によって準備できると仮定する。
そして、一般に古典計算では難しい計算ベースで状態をサンプリングすることで、基底状態の再現に重要な電子配置を識別することができる。
これらの重要な構成にまたがる部分空間のハミルトニアンは、古典的コンピュータ上で対角化され、基底状態エネルギーと対応する固有ベクトルを出力する。
励起状態エネルギーも同様に得ることができる。
ノイズの多い量子デバイスは部分空間を定義するためにのみ使用され、その結果の基底状態エネルギーはそのような誤差が存在する場合でも変動原理を厳密に満たすため、統計的および物理的誤差に対して堅牢である。
他の様々な作用素の期待値は、部分空間内の明示的な固有ベクトルが知られているため、追加の量子コストなしで得られる固有状態についても推定することができる。
この提案を数値シミュレーションにより検証し、8量子ビット分子ハミルトニアンの量子デバイス上で実証した。
提案アルゴリズムは、数十量子ビットの量子デバイスを利用して、対角化のための高性能な古典計算資源を補助することにより、いくつかの挑戦的な分子に取り組むことが可能である。
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