論文の概要: Efficient Quantum Circuits based on the Quantum Natural Gradient

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.10538v2
• Date: Fri, 15 Nov 2024 15:21:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-18 18:55:18.691444
• Title: Efficient Quantum Circuits based on the Quantum Natural Gradient
• Title（参考訳）: 量子自然勾配に基づく効率的な量子回路
• Authors: Ananda Roy, Sameer Erramilli, Robert M. Konik,
• Abstract要約: 任意の絡み合った量子状態の効率的な準備は、量子計算に不可欠である。 対称保存型量子近似最適化(SCom-QAOA)回路を提案する。 提案手法は、変分量子アルゴリズムで利用できる初期状態の集合を拡大し、量子シミュレータにおける非平衡現象の研究範囲を広げる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Efficient preparation of arbitrary entangled quantum states is crucial for quantum computation. This is particularly important for noisy intermediate scale quantum simulators relying on variational hybrid quantum-classical algorithms. To that end, we propose symmetry-conserving modified quantum approximate optimization algorithm~(SCom-QAOA) circuits. The depths of these circuits depend not only on the desired fidelity to the target state, but also on the amount of entanglement the state contains. The parameters of the SCom-QAOA circuits are optimized using the quantum natural gradient method based on the Fubini-Study metric. The SCom-QAOA circuit transforms an unentangled state into a ground state of a gapped one-dimensional Hamiltonian with a circuit-depth that depends not on the system-size, but rather on the finite correlation length. In contrast, the circuit depth grows proportionally to the system size for preparing low-lying states of critical one-dimensional systems. Even in the latter case, SCom-QAOA circuits with depth less than the system-size were sufficient to generate states with fidelity in excess of 99\%, which is relevant for near-term applications. The proposed scheme enlarges the set of the initial states accessible for variational quantum algorithms and widens the scope of investigation of non-equilibrium phenomena in quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 任意の絡み合った量子状態の効率的な準備は、量子計算に不可欠である。 これは、変分ハイブリッド量子古典アルゴリズムに依存するノイズの多い中間スケール量子シミュレータにとって特に重要である。 そこで本研究では,対称保存型量子近似最適化アルゴリズム~(SCom-QAOA)回路を提案する。 これらの回路の深さは、目的状態に対する所望の忠実度だけでなく、状態が含む絡み合いの量にも依存する。 SCom-QAOA回路のパラメータは、フビニ・スタディ計量に基づく量子自然勾配法を用いて最適化される。 SCom-QAOA回路は、絡み合った状態が、システムサイズではなく、有限相関長に依存する回路深度でギャップ付き1次元ハミルトニアンの基底状態に変換する。 対照的に、回路深さは臨界1次元系の低線状態を作成するためのシステムサイズに比例して増加する。 後者の場合においても、SCom-QAOA回路はシステムサイズよりも深さが小さいため、99\%を超える忠実な状態を生成するのに十分であり、これは短期的応用に関係している。 提案手法は、変分量子アルゴリズムで利用できる初期状態の集合を拡大し、量子シミュレータにおける非平衡現象の研究範囲を広げる。

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