Fugu-MT 論文翻訳(概要): Fault-tolerant quantum computation of molecular observables

論文の概要: Fault-tolerant quantum computation of molecular observables

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.14118v2
Date: Fri, 27 Oct 2023 09:24:46 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-10-30 18:32:35.711174
Title: Fault-tolerant quantum computation of molecular observables
Title（参考訳）: 分子オブザーバのフォールトトレラント量子計算
Authors: Mark Steudtner, Sam Morley-Short, William Pol, Sukin Sim, Cristian L. Cortes, Matthias Loipersberger, Robert M. Parrish, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Raffaele Santagati, Michael Streif
Abstract要約: 本稿では、任意の観測値の期待値を推定するために適用可能な新しい予測値推定アルゴリズムを提案する。検討したシステムでは,QSP-EVEはゲート数を最大3桁まで削減し,キュービット幅を最大25%削減する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: Over the past three decades significant reductions have been made to the cost of estimating ground-state energies of molecular Hamiltonians with quantum computers. However, comparatively little attention has been paid to estimating the expectation values of other observables with respect to said ground states, which is important for many industrial applications. In this work we present a novel expectation value estimation (EVE) quantum algorithm which can be applied to estimate the expectation values of arbitrary observables with respect to any of the system's eigenstates. In particular, we consider two variants of EVE: std-EVE, based on standard quantum phase estimation, and QSP-EVE, which utilizes quantum signal processing (QSP) techniques. We provide rigorous error analysis for both both variants and minimize the number of individual phase factors for QSPEVE. These error analyses enable us to produce constant-factor quantum resource estimates for both std-EVE and QSP-EVE across a variety of molecular systems and observables. For the systems considered, we show that QSP-EVE reduces (Toffoli) gate counts by up to three orders of magnitude and reduces qubit width by up to 25% compared to std-EVE. While estimated resource counts remain far too high for the first generations of fault-tolerant quantum computers, our estimates mark a first of their kind for both the application of expectation value estimation and modern QSP-based techniques.
Abstract（参考訳）: 過去30年間で、量子コンピュータを用いて分子ハミルトニアンの基底状態エネルギーを推定するコストが大幅に削減された。しかし,多くの産業用途において重要な,他の観測対象の観測対象の期待値の推定には,比較的注意が払われていない。本研究では,システムの任意の固有状態に対する任意の可観測値の期待値を推定するために適用可能な,新しい期待値推定(eve)量子アルゴリズムを提案する。特に、標準量子位相推定に基づく std-EVE と量子信号処理(QSP)技術を用いた QSP-EVE の2つの変種を考える。両変種について厳密な誤差解析を行い、QSPEVEの個別位相因子数を最小化する。これらの誤差分析により、様々な分子系と観測可能な領域にわたって、std-EVEとQSP-EVEの双方に対して、定数要素の量子リソース推定を作成できる。検討したシステムでは,QSP-EVEは最大3桁のゲート数を減少させ,std-EVEに比べて最大25%のビット幅を減少させる。第1世代のフォールトトレラント量子コンピュータでは、推定資源数はまだ高すぎるが、予測値推定と最新のQSPベースの技術の両方の適用において、我々の推定値が最初のものである。

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