論文の概要: Towards Accurate Quantum Chemical Calculations on Noisy Quantum
Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.09634v1
- Date: Thu, 16 Nov 2023 07:36:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-17 16:00:00.213152
- Title: Towards Accurate Quantum Chemical Calculations on Noisy Quantum
Computers
- Title(参考訳): ノイズ量子コンピュータにおける正確な量子化学計算に向けて
- Authors: Naoki Iijima, Satoshi Imamura, Mikio Morita, Sho Takemori, Akihiko
Kasagi, Yuhei Umeda and Eiji Yoshida
- Abstract要約: 変分量子固有解法 (VQE) は、ノイズの多い中間スケール量子 (NISQ) コンピュータ向けに設計されたハイブリッド量子古典アルゴリズムである。
ノイズの影響が大きいため、現在のNISQコンピュータでは実現が困難である。
DMET+VQEの組み合わせにおけるノイズの影響を緩和する3つの手法を提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 6.810505212573329
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Variational quantum eigensolver (VQE) is a hybrid quantum-classical algorithm
designed for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers. It is promising
for quantum chemical calculations (QCC) because it can calculate the
ground-state energy of a target molecule. Although VQE has a potential to
achieve a higher accuracy than classical approximation methods in QCC, it is
challenging to achieve it on current NISQ computers due to the significant
impact of noises. Density matrix embedding theory (DMET) is a well-known
technique to divide a molecule into multiple fragments, which is available to
mitigate the noise impact on VQE. However, our preliminary evaluation shows
that the naive combination of DMET and VQE does not outperform a gold standard
classical method.
In this work, we present three approaches to mitigate the noise impact for
the DMET+VQE combination. (1) The size of quantum circuits used by VQE is
decreased by reducing the number of bath orbitals which represent interactions
between multiple fragments in DMET. (2) Reduced density matrices (RDMs), which
are used to calculate a molecular energy in DMET, are calculated accurately
based on expectation values obtained by executing quantum circuits using a
noise-less quantum computer simulator. (3) The parameters of a quantum circuit
optimized by VQE are refined with mathematical post-processing. The evaluation
using a noisy quantum computer simulator shows that our approaches
significantly improve the accuracy of the DMET+VQE combination. Moreover, we
demonstrate that on a real NISQ device, the DMET+VQE combination applying our
three approaches achieves a higher accuracy than the gold standard classical
method.
- Abstract(参考訳): variational quantum eigensolver (vqe) は、ノイズの多い中間スケール量子(nisq)コンピュータ向けに設計されたハイブリッド量子古典アルゴリズムである。
ターゲット分子の基底状態エネルギーを計算することができるため、量子化学計算(QCC)に期待されている。
VQEは、QCCの古典近似法よりも高い精度を達成する可能性があるが、ノイズの影響が大きいため、現在のNISQコンピュータでは実現が難しい。
密度行列埋め込み理論(DMET)は、分子を複数の断片に分割するよく知られた手法であり、VQEのノイズの影響を緩和するために用いられる。
しかし,予備評価の結果,DMETとVQEの組み合わせは金標準法よりも優れていないことがわかった。
本研究では,DMET+VQEの組み合わせによるノイズの影響を軽減するための3つの手法を提案する。
1) DMETにおける複数のフラグメント間の相互作用を表す浴槽軌道の数を減らすことにより, VQEが使用する量子回路のサイズを小さくする。
2) DMETの分子エネルギーを計算するために用いられる還元密度行列(RDM)は,ノイズレス量子計算機シミュレータを用いて量子回路の実行によって得られる期待値に基づいて正確に計算する。
3) vqeにより最適化された量子回路のパラメータを数学的後処理により洗練する。
ノイズ量子コンピュータシミュレータを用いた評価により,dmet+vqeの組み合わせの精度が大幅に向上した。
さらに,実nisqデバイスでは,この3つのアプローチを適用したdmet+vqeの組み合わせが,ゴールド標準古典法よりも高い精度が得られることを示す。
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