論文の概要: Efficient ground-state energy estimation and certification on early fault-tolerant quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.09827v2
- Date: Fri, 17 Jan 2025 20:49:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-22 14:15:19.268868
- Title: Efficient ground-state energy estimation and certification on early fault-tolerant quantum computers
- Title（参考訳）: 早期フォールトトレラント量子コンピュータにおける高効率基底状態エネルギー推定と認証
- Authors: Guoming Wang, Daniel Stilck França, Gumaro Rendon, Peter D. Johnson,
- Abstract要約: 基底状態エネルギー推定(GSEE)のための量子アルゴリズムを導入する。
第一のアルゴリズムは基底状態のエネルギーを推定し、この状態の他の方法と比較して、基底状態の重なりのパラメータを2次的に改善する。
第二のアルゴリズムは、推定基底状態エネルギーが真の基底状態エネルギーの特定の誤差許容範囲内にあることを証明している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5999777817331317
- License:
- Abstract: A major thrust in quantum algorithm development over the past decade has been the search for the quantum algorithms that will deliver practical quantum advantage first. Today's quantum computers - and even early fault-tolerant quantum computers - are limited in the number of operations they can implement per circuit. We introduce quantum algorithms for ground-state energy estimation (GSEE) that accommodate this design constraint. The first algorithm estimates ground-state energies, offering a quadratic improvement on the ground state overlap parameter compared to other methods in this regime. The second algorithm certifies that the estimated ground-state energy is within a specified error tolerance of the true ground-state energy, addressing the issue of gap estimation that beleaguers several ground state preparation and energy estimation algorithms. We note, however, that the scaling of this certification technique is currently less favorable than that of the GSEE algorithm. To develop the certification algorithm, we propose a novel use of quantum computers to facilitate rejection sampling. After a classical computer generates initial samples, the quantum computer is used to accept or reject these samples, resulting in a set of accepted samples that approximate draws from a target distribution. Although we apply this technique specifically for ground-state energy certification, it may find broader applications. Our work pushes the boundaries of what operation-limited quantum computers can achieve, bringing the prospect of quantum advantage closer to realization.
- Abstract（参考訳）: 過去10年間の量子アルゴリズム開発における大きな推進力は、量子アルゴリズムの探索であり、まずは実用的な量子的優位性を提供する。
今日の量子コンピュータ(および初期のフォールトトレラント量子コンピュータ)は、回路ごとに実装できる演算数に制限がある。
この設計制約を満たす基底状態エネルギー推定(GSEE)のための量子アルゴリズムを導入する。
第1のアルゴリズムは基底状態のエネルギーを推定し、この状態の他の方法と比較して、基底状態の重なりのパラメータを2次的に改善する。
第2のアルゴリズムは、推定された基底状態エネルギーが真の基底状態エネルギーの特定の誤差許容範囲内にあることを証明し、いくつかの基底状態準備とエネルギー推定アルゴリズムを導くギャップ推定の問題に対処する。
しかしながら、この認証手法のスケーリングはGSEEアルゴリズムよりもあまり好ましくないことに留意する。
認証アルゴリズムを開発するために,リジェクションサンプリングを容易にするために,量子コンピュータの新たな利用法を提案する。
古典的なコンピュータが初期サンプルを生成すると、量子コンピュータはこれらのサンプルを受理または拒否するために使用され、その結果、ターゲット分布から近似的に引き出す一連の受け入れられたサンプルが生成される。
本手法は地中エネルギー認証に特化しているが,より広範な応用が期待できる。
我々の研究は、演算制限量子コンピュータが達成できるものの境界を推し進め、量子の優位性が実現に近づきつつある。
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