論文の概要: Initial state preparation for quantum chemistry on quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.18410v2
- Date: Fri, 9 Feb 2024 03:14:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-12 20:21:31.508762
- Title: Initial state preparation for quantum chemistry on quantum computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける量子化学の初期状態準備
- Authors: Stepan Fomichev, Kasra Hejazi, Modjtaba Shokrian Zini, Matthew Kiser,
Joana Fraxanet Morales, Pablo Antonio Moreno Casares, Alain Delgado, Joonsuk
Huh, Arne-Christian Voigt, Jonathan E. Mueller, Juan Miguel Arrazola
- Abstract要約: 化学系の基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムは、高品質な初期状態を必要とする。
本稿では、初期状態の質を準備し定量化するエンドツーエンドアルゴリズムを用いて初期状態準備問題に対処する。
我々は、エネルギー分布が潜在的な量子的優位性を特定するのにどのように役立つかを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4336086085916357
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum algorithms for ground-state energy estimation of chemical systems
require a high-quality initial state. However, initial state preparation is
commonly either neglected entirely, or assumed to be solved by a simple product
state like Hartree-Fock. Even if a nontrivial state is prepared, strong
correlations render ground state overlap inadequate for quality assessment. In
this work, we address the initial state preparation problem with an end-to-end
algorithm that prepares and quantifies the quality of initial states,
accomplishing the latter with a new metric -- the energy distribution. To be
able to prepare more complicated initial states, we introduce an implementation
technique for states in the form of a sum of Slater determinants that exhibits
significantly better scaling than all prior approaches. We also propose
low-precision quantum phase estimation (QPE) for further state quality
refinement. The complete algorithm is capable of generating high-quality states
for energy estimation, and is shown in select cases to lower the overall
estimation cost by several orders of magnitude when compared with the best
single product state ansatz. More broadly, the energy distribution picture
suggests that the goal of QPE should be reinterpreted as generating
improvements compared to the energy of the initial state and other classical
estimates, which can still be achieved even if QPE does not project directly
onto the ground state. Finally, we show how the energy distribution can help in
identifying potential quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 化学系の基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムは高品質な初期状態を必要とする。
しかしながら、初期状態の準備は完全に無視されるか、Hartree-Fockのような単純な製品状態によって解決されると仮定される。
非自明な状態が準備されたとしても、強い相関関係により、基底状態は品質評価に不十分である。
本研究は,初期状態生成問題に,初期状態の品質を準備し,定量化するエンドツーエンドのアルゴリズムで対処し,後者を新しい計量であるエネルギー分布で達成する。
より複雑な初期状態を作成するために、全ての以前のアプローチよりもはるかに優れたスケーリングを示すスレーター行列式の和という形で状態の実装技術を導入する。
また,低精度な量子位相推定法(qpe)を提案する。
この完全アルゴリズムは、エネルギー推定のための高品質な状態を生成することができ、最良の単一製品状態 ansatz と比較した場合、全体の推定コストを数桁削減するいくつかのケースで示される。
より広義に、エネルギー分布図は、QPEのゴールは初期状態のエネルギーと他の古典的推定値と比較して改善をもたらすものとして再解釈されるべきであり、QPEが直接基底状態に射影しない場合でも達成可能であることを示唆している。
最後に、エネルギー分布が潜在的な量子優位性を特定するのにどのように役立つかを示す。
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