論文の概要: Physics-Constrained Hardware-Efficient Ansatz on Quantum Computers that
is Universal, Systematically Improvable, and Size-consistent
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.03563v1
- Date: Fri, 7 Jul 2023 12:52:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-10 12:27:45.253316
- Title: Physics-Constrained Hardware-Efficient Ansatz on Quantum Computers that
is Universal, Systematically Improvable, and Size-consistent
- Title（参考訳）: 普遍的、体系的に即効性があり、サイズに一貫性のある量子コンピュータ上の物理に制約されたハードウェア効率のansatz
- Authors: Xiaoxiao Xiao, Hewang Zhao, Jiajun Ren, Wei-hai Fang, Zhendong Li
- Abstract要約: ハードウェア効率アンサッツ(HEA)設計のための物理制約付きアプローチを提案する。
私たちは、ターゲットHEAが普遍的で、体系的に実装可能で、サイズに一貫性があることを要求します。
我々はこれらの基本的な制約をすべて満たし、線形量子ビット接続のみを必要とするHAAの具体的実現を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Variational wavefunction ans\"{a}tze are at the heart of solving quantum
many-body problems in physics and chemistry. Here, we propose a
physics-constrained approach for designing hardware-efficient ansatz (HEA) with
rigorous theoretical guarantees on quantum computers by satisfying a few
fundamental constraints, which is inspired by the remarkably successful way to
design exchange-correlation functionals in density functional theories by
satisfying exact constraints. Specifically, we require that the target HEA to
be universal, systematically improvable, and size-consistent, which is an
important concept in quantum many-body theories for scalability, but has been
largely overlooked in previous designs of HEA by heuristics. We extend the
notion of size-consistency to HEA, and present a concrete realization of HEA
that satisfies all these fundamental constraints and only requires linear qubit
connectivity. The developed physics-constrained HEA is superior to other
heuristically designed HEA in terms of both accuracy and scalability, as
demonstrated numerically for the Heisenberg model and some typical molecules.
In particular, we find that restoring size-consistency can significantly reduce
the number of layers needed to reach certain accuracy. In contrast, the failure
of other HEA to satisfy these constraints severely limits their scalability to
larger systems with more than ten qubits. Our work highlights the importance of
incorporating physical constraints into the design of HEA for efficiently
solving many-body problems on quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 変分波動関数 ans\"{a}tze は、物理学や化学における量子多体問題の核心である。
本稿では,数個の基本的制約を満たすことによって,厳密な理論的保証を持つハードウェア効率アンサッツ(HEA)を設計するための物理制約付きアプローチを提案する。
具体的には、ターゲットHEAは普遍的で、体系的に実装可能で、かつ、拡張性のための量子多体理論において重要な概念であるが、ヒューリスティックスによる以前のHEAの設計では概ね見過ごされている。
我々はサイズ一貫性の概念をHEAに拡張し、これらの基本的な制約をすべて満たし、線形量子ビット接続のみを必要とするHEAの具体的実現を示す。
物理学に制約されたHEAは、ハイゼンベルクモデルやいくつかの典型的な分子で数値的に示されるように、精度とスケーラビリティの両方の観点から他のヒューリスティックに設計されたHEAよりも優れている。
特に, 復元サイズ整合性により, 一定の精度に達するために必要な層数を大幅に削減できることがわかった。
対照的に、これらの制約を満たす他のHEAの失敗は、スケーラビリティを10キュービットを超える大規模システムに著しく制限します。
量子コンピュータにおける多体問題を効率的に解くため,heaの設計に物理的制約を組み込むことの重要性を強調した。
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