論文の概要: On the feasibility of performing quantum chemistry calculations on quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.02620v3
- Date: Thu, 03 Oct 2024 07:05:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-04 23:28:05.507687
- Title: On the feasibility of performing quantum chemistry calculations on quantum computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける量子化学計算の実現可能性について
- Authors: Thibaud Louvet, Thomas Ayral, Xavier Waintal,
- Abstract要約: 分子の基底状態を見つけるための2つの主要な量子アプローチを評価するための2つの基準を提案する。
最初の基準は変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムに適用される。
第2の基準は量子位相推定(QPE)アルゴリズムに適用される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum chemistry is envisioned as an early and disruptive application for quantum computers. Yet, closer scrutiny of the proposed algorithms shows that there are considerable difficulties along the way. Here, we propose two criteria for evaluating two leading quantum approaches for finding the ground state of molecules. The first criterion applies to the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm. It sets an upper bound to the level of imprecision/decoherence that can be tolerated in quantum hardware as a function of the targeted precision, the number of gates and the typical energy contribution from states populated by decoherence processes. We find that decoherence is highly detrimental to the accuracy of VQE and performing relevant chemistry calculations would require performances that are expected for fault-tolerant quantum computers, not mere noisy hardware, even with advanced error mitigation techniques. Physically, the sensitivity of VQE to decoherence originates from the fact that, in VQE, the spectrum of the studied molecule has no correlation with the spectrum of the quantum hardware used to perform the computation. The second criterion applies to the quantum phase estimation (QPE) algorithm, which is often presented as the go-to replacement of VQE upon availability of (noiseless) fault-tolerant quantum computers. QPE requires an input state with a large enough overlap with the sought-after ground state. We provide a criterion to estimate quantitatively this overlap based on the energy and the energy variance of said input state. Using input states from a variety of state-of-the-art classical methods, we show that the scaling of this overlap with system size does display the standard orthogonality catastrophe, namely an exponential suppression with system size. This in turns leads to an exponentially reduced QPE success probability.
- Abstract（参考訳）: 量子化学は、量子コンピュータの早期かつ破壊的な応用として考えられている。
しかし、提案アルゴリズムのより綿密な精査は、その過程でかなりの困難があることを示している。
本稿では、分子の基底状態を見つけるための2つの主要な量子アプローチを評価するための2つの基準を提案する。
最初の基準は変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムに適用される。
量子ハードウェアにおいて、目標精度、ゲートの数、およびデコヒーレンスプロセスに代表される状態からの典型的なエネルギー寄与の関数として許容できるインプレクション/デコヒーレンスレベルに上限を設定する。
VQEの精度にはデコヒーレンスが非常に有害であり、関連する化学計算を行うには、単なるノイズの多いハードウェアではなく、耐故障性量子コンピュータに期待される性能を必要とする。
物理的には、VQEの脱コヒーレンスに対する感度は、研究された分子のスペクトルが計算を実行するために使用される量子ハードウェアのスペクトルと相関しないという事実に由来する。
第2の基準は量子位相推定(QPE)アルゴリズムに適用され、(ノイズのない)フォールトトレラントな量子コンピュータが利用可能になると、VQEの代替としてしばしば提示される。
QPEは入力状態が必要であり、その入力状態は追従基底状態と十分に重なる。
入力状態のエネルギーとエネルギー分散に基づいて、この重なり合いを定量的に推定する基準を提供する。
様々な最先端の古典的手法からの入力状態を用いて、システムサイズとの重なり合いのスケーリングは、標準的な直交カタストロフィ、すなわちシステムサイズによる指数的抑制を示すことを示す。
この結果、指数的にQPE成功確率が低下する。
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