論文の概要: Probing Quantum Efficiency: Exploring System Hardness in Electronic
Ground State Energy Estimation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.00129v1
- Date: Tue, 31 Oct 2023 20:07:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-02 16:02:06.033588
- Title: Probing Quantum Efficiency: Exploring System Hardness in Electronic
Ground State Energy Estimation
- Title（参考訳）: 量子効率の探索:電子状態エネルギー推定におけるシステムの硬さの探求
- Authors: Seonghoon Choi and Ignacio Loaiza and Robert A. Lang and Luis A.
Mart\'inez-Mart\'inez and Artur F. Izmaylov
- Abstract要約: 電子構造理論の古典的アルゴリズムと量子アルゴリズムの相関性について考察する。
量子アルゴリズムでは,変分量子固有解法 (VQE) と量子位相推定法 (QPE) を選択した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We consider the question of how correlated the system hardness is between
classical algorithms of electronic structure theory in ground state estimation
and quantum algorithms. To define the system hardness for classical algorithms
we employ empirical criterion based on the deviation of electronic energies
produced by coupled cluster and configuration interaction methods from the
exact ones along multiple bonds dissociation in a set of molecular systems. For
quantum algorithms, we have selected the Variational Quantum Eigensolver (VQE)
and Quantum Phase Estimation (QPE) methods. As characteristics of the system
hardness for quantum methods, we analyzed circuit depths for the state
preparation, the number of quantum measurements needed for the energy
expectation value, and various cost characteristics for the Hamiltonian
encodings via Trotter approximation and linear combination of unitaries (LCU).
Our results show that the quantum resource requirements are mostly unaffected
by classical hardness, with the only exception being the state preparation
part, which contributes to both VQE and QPE algorithm costs. However, there are
clear indications that constructing the initial state with a significant
overlap with the true ground state (>10%) is easier than obtaining the state
with an energy expectation value within chemical precision. These results
support optimism regarding the identification of a molecular system where a
quantum algorithm excels over its classical counterpart, as quantum methods can
maintain efficiency in classically challenging systems.
- Abstract（参考訳）: 基底状態推定における電子構造理論の古典的アルゴリズムと量子アルゴリズムとのシステムの硬さの相関性について考察する。
古典的アルゴリズムのシステム硬度を定義するために,分子系の集合における複数の結合解離に沿って,結合クラスタによって生成される電子エネルギーの偏差と,正確な結合からの構成相互作用法に基づく経験的基準を用いる。
量子アルゴリズムでは,変分量子固有解法 (VQE) と量子位相推定法 (QPE) を選択した。
量子法におけるシステムのハードネス特性として, 状態形成のための回路深さ, エネルギー期待値に必要な量子測定数, トロッター近似とユニタリの線形結合(lcu)によるハミルトン符号化の様々なコスト特性を解析した。
以上の結果から,量子資源要求は古典的硬さの影響を受けず,唯一の例外は,VQEとQPEのアルゴリズムコストに寄与する状態準備部であることがわかった。
しかし、真の基底状態(>10%)とかなりの重なり合う初期状態を構築することは、化学的精度でエネルギー期待値を持つ状態を得るよりも容易であることを示す明確な兆候がある。
これらの結果は、量子アルゴリズムが古典的な手法よりも優れている分子系の同定に関する楽観主義を支持する。
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