論文の概要: Molecular Symmetry in VQE: A Dual Approach for Trapped-Ion Simulations of Benzene

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.00667v1
• Date: Tue, 1 Aug 2023 17:03:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-02 13:34:45.462784
• Title: Molecular Symmetry in VQE: A Dual Approach for Trapped-Ion Simulations of Benzene
• Title（参考訳）: VQEにおける分子対称性:ベンゼンのトラップイオンシミュレーションのための二重アプローチ
• Authors: Joshua Goings and Luning Zhao and Jacek Jakowski and Titus Morris and Raphael Pooser
• Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムと適切なアンサッツの併用による短期戦略のヒンジ。 我々は、複雑な化学シミュレーションの実現可能性を高めるために、トラップイオン量子デバイスに適したいくつかの回路最適化手法を用いる。 これらの手法はベンゼン分子シミュレーションに適用され、69個の2量子エンタングリング演算を持つ8量子回路の構築を可能にした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2624902795082451
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding complex chemical systems -- such as biomolecules, catalysts, and novel materials -- is a central goal of quantum simulations. Near-term strategies hinge on the use of variational quantum eigensolver (VQE) algorithms combined with a suitable ansatz. However, straightforward application of many chemically-inspired ansatze yields prohibitively deep circuits. In this work, we employ several circuit optimization methods tailored for trapped-ion quantum devices to enhance the feasibility of intricate chemical simulations. The techniques aim to lessen the depth of the unitary coupled cluster with singles and doubles (uCCSD) ansatz's circuit compilation, a considerable challenge on current noisy quantum devices. Furthermore, we use symmetry-inspired classical post-selection methods to further refine the outcomes and minimize errors in energy measurements, without adding quantum overhead. Our strategies encompass optimal mapping from orbital to qubit, term reordering to minimize entangling gates, and the exploitation of molecular spin and point group symmetry to eliminate redundant parameters. The inclusion of error mitigation via post-selection based on known molecular symmetries improves the results to near milli-Hartree accuracy. These methods, when applied to a benzene molecule simulation, enabled the construction of an 8-qubit circuit with 69 two-qubit entangling operations, pushing the limits for variational quantum eigensolver (VQE) circuits executed on quantum hardware to date.
• Abstract（参考訳）: 生体分子、触媒、新規物質などの複雑な化学系を理解することは、量子シミュレーションの中心的な目標である。 変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムと適切なアンサッツの併用による短期戦略のヒンジ。 しかし、化学にインスパイアされた多くのアンサットの直接的な応用は、禁止的に深い回路を生み出す。 本研究では, トラップイオン量子デバイスに適した回路最適化手法を用いて, 複雑な化学シミュレーションの実現可能性を高める。 この手法は、単一結合クラスタの深さをシングルとダブル(uCCSD)アンザッツの回路コンパイルで小さくすることを目的としており、これは現在のノイズ量子デバイスにおいて大きな課題である。 さらに、対称性に触発された古典的ポスト選択法を用いて、量子オーバーヘッドを加えることなく、結果をさらに洗練し、エネルギー測定の誤差を最小化する。 我々の戦略は、軌道からキュービットへの最適マッピング、絡み合うゲートの最小化のための項の並べ替え、余剰パラメータを排除するために分子スピンと点群対称性の活用を含む。 既知の分子対称性に基づくポストセレクションによる誤差緩和は、結果をミリハートリーの精度に改善する。 これらの手法はベンゼン分子シミュレーションに適用され、69の2量子ビット絡み操作を持つ8量子ビット回路の構築を可能にし、量子ハードウェア上で実行される変分量子固有ソルバ(vqe)回路の限界を押し上げた。

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