論文の概要: Quantum Information Driven Ansatz (QIDA): shallow-depth empirical
quantum circuits from Quantum Chemistry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.15287v1
- Date: Tue, 26 Sep 2023 21:50:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-28 17:27:42.090353
- Title: Quantum Information Driven Ansatz (QIDA): shallow-depth empirical
quantum circuits from Quantum Chemistry
- Title（参考訳）: 量子情報駆動ansatz(qida) : 量子化学による浅層深い経験的量子回路
- Authors: Davide Materia, Leonardo Ratini, Celestino Angeli and Leonardo Guidoni
- Abstract要約: 本稿では,古典量子化学状態に付随する量子相互情報を活用し,変分量子回路を構築するための新しい手法を提案する。
提案手法は,高効率なアンサーゼを発生させ,性能の標準的な経験的ラグエンタングルアザッツを超越する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Hardware-efficient empirical variational ans\"atze for Variational Quantum
Eigensolver simulations of Quantum Chemistry suffer from the lack of a direct
connection to classical Quantum Chemistry methods. In the present work, we
propose a method to fill this gap by introducing a new approach for
constructing variational quantum circuits, leveraging quantum mutual
information associated with classical Quantum Chemistry states to design simple
yet effective heuristic ans\"atze with a topology that reflects the
correlations of the molecular system. As first step, Quantum Chemistry
calculations, such as M{\o}ller-Plesset (MP2) perturbation theory, firstly
provide an approximate Natural Orbitals basis, which has been recently shown to
be the best candidate one-electron basis for developing compact empirical
wavefunctions (Ratini, et al 2023). Secondly, throughout the evaluation of
quantum mutual information matrices, they provide information about the main
correlations between qubits of the quantum circuit, enabling the development of
a direct design of entangling blocks for the circuit. The resulting ansatz is
then utilized with a Variational Quantum Eigensolver (VQE) to obtain a short
depth variational groundstate of the electronic Hamiltonian. To validate our
approach, we perform a comprehensive statistical analysis by simulations over
various molecular systems ($H_2, LiH, H_2O$) and apply it to the more complex
$NH_3$ molecule. The reported results demonstrate that the proposed methodology
gives rise to highly effective ans\"atze, surpassing the standard empirical
ladder-entangler ansatz in performance. Overall, our approach can be used as
effective state preparation providing a promising route for designing efficient
variational quantum circuits for large molecular systems.
- Abstract（参考訳）: 量子化学の変分量子固有ソルバシミュレーションのためのハードウェア効率の高い経験的変分 ans\"atze は、古典的量子化学法と直接の接続が欠如している。
本研究では, 古典的量子化学状態に関連する量子相互情報を活用して, 分子系の相関を反映するトポロジーを用いて, 単純かつ効果的なヒューリスティックなans\"atzeを設計することにより, このギャップを埋める手法を提案する。
第一段階として、M{\o}ller-Plesset (MP2) 摂動理論のような量子化学計算は、まず近似した自然軌道基底を与えるが、これは最近、コンパクトな経験波動関数を開発するための最適候補1電子基底であることが示されている(Ratini, et al 2023)。
第二に、量子相互情報行列の評価を通じて、量子回路の量子ビット間の主相関関係に関する情報を提供し、回路の絡み合うブロックの直接設計を開発することができる。
結果として得られるアンザッツは変分量子固有解器(VQE)を用いて電子ハミルトニアンの短深さ変分基底状態を得る。
提案手法を検証するため, 様々な分子系のシミュレーション(H_2, LiH, H_2O$)により包括的統計的解析を行い, より複雑なNH_3$分子に適用する。
以上の結果から,提案手法は性能の標準的な実証的ラグエンタングラー・アンザッツを超越し,高い効率のアンサゼを生じさせることが示された。
全体として,本手法は大規模分子系のための効率的な変分量子回路の設計に有効な経路を提供する有効な状態準備として利用することができる。
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