論文の概要: Accelerated variational quantum eigensolver with joint Bell measurement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.00766v3
- Date: Tue, 27 Feb 2024 06:53:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-28 22:50:24.597546
- Title: Accelerated variational quantum eigensolver with joint Bell measurement
- Title（参考訳）: ジョイントベル計測による可変量子固有解法高速化
- Authors: Chenfeng Cao, Hiroshi Yano, Yuya O. Nakagawa
- Abstract要約: 本稿では,VQEアルゴリズムを高速化し,測定回数を削減するためのジョイントベル計測VQEというプロトコルを提案する。
我々のアプローチはVQEに限らず、コスト関数が多くのパウリ作用素の期待値である様々な量子アルゴリズムで利用することができる。
- 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: The variational quantum eigensolver (VQE) stands as a prominent
quantum-classical hybrid algorithm for near-term quantum computers to obtain
the ground states of molecular Hamiltonians in quantum chemistry. However, due
to the non-commutativity of the Pauli operators in the Hamiltonian, the number
of measurements required on quantum computers increases significantly as the
system size grows, which may hinder practical applications of VQE. In this
work, we present a protocol termed joint Bell measurement VQE (JBM-VQE) to
reduce the number of measurements and speed up the VQE algorithm. Our method
employs joint Bell measurements, enabling the simultaneous measurement of the
absolute values of all expectation values of Pauli operators present in the
Hamiltonian. In the course of the optimization, JBM-VQE estimates the absolute
values of the expectation values of the Pauli operators for each iteration by
the joint Bell measurement, while the signs of them are measured less
frequently by the conventional method to measure the expectation values. Our
approach is based on the empirical observation that the signs do not often
change during optimization. We illustrate the speed-up of JBM-VQE compared to
conventional VQE by numerical simulations for finding the ground states of
molecular Hamiltonians of small molecules, and the speed-up of JBM-VQE at the
early stage of the optimization becomes increasingly pronounced in larger
systems. Our approach based on the joint Bell measurement is not limited to VQE
and can be utilized in various quantum algorithms whose cost functions are
expectation values of many Pauli operators.
- Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、量子化学において分子ハミルトニアンの基底状態を得るために、短期量子コンピュータのための顕著な量子古典ハイブリッドアルゴリズムである。
しかし、ハミルトニアンにおけるパウリ作用素の非可換性のため、量子コンピュータに要求される測定量は、システムのサイズが大きくなるにつれて著しく増加し、VQEの実用的な応用を妨げる可能性がある。
本稿では,JBM-VQE (Joint Bell Measurement VQE) と呼ばれるプロトコルを提案する。
本手法では、ハミルトニアンに存在するパウリ作用素のすべての期待値の絶対値を同時に測定できるジョイントベル測定器を用いる。
最適化の過程では、jbm-vqeはジョイントベル測定により各イテレーション毎のポーリ演算子の期待値の絶対値を推定するが、それらの符号は従来の方法による期待値の測定ではより少ない頻度で測定される。
我々のアプローチは、最適化中に標識が頻繁に変化しないという経験的観察に基づいている。
小分子の分子ハミルトニアン基底状態を求める数値シミュレーションによる従来のVQEと比較して、JBM-VQEの高速化と、最適化の初期段階におけるJBM-VQEの高速化は、大規模システムではますます顕著になっている。
共同ベル測定に基づくアプローチは、VQEに限らず、コスト関数が多くのパウリ演算子の期待値である様々な量子アルゴリズムで利用することができる。
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