論文の概要: Enhancing the Electron Pair Approximation with Measurements on Trapped
Ion Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.05426v1
- Date: Sat, 9 Dec 2023 01:13:46 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-12 20:59:11.580242
- Title: Enhancing the Electron Pair Approximation with Measurements on Trapped
Ion Quantum Computers
- Title（参考訳）: トラップ型イオン量子コンピュータにおける電子対近似の計測による強化
- Authors: Luning Zhao, Joshua Goings, Qingfeng Wang, Kyujin Shin, Woomin Kyoung,
Seunghyo Noh, Young Min Rhee, Kyungmin Kim
- Abstract要約: 電子対近似に対するエネルギー補正として、還元密度行列(RDM)に基づく2次理論(PT2)を導入する。
この新しいアプローチは、ペア関連電子シミュレーションで欠落しているペアペアエネルギーの寄与を考慮に入れている。
イオンQの捕捉されたイオン量子コンピュータAriaとForteの2世代で、VQEエネルギーとは異なり、PT2エネルギー補正はノイズ耐性が高いことが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.1240576597319825
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The electron pair approximation offers a resource efficient variational
quantum eigensolver (VQE) approach for quantum chemistry simulations on quantum
computers. With the number of entangling gates scaling quadratically with
system size and a constant energy measurement overhead, the orbital optimized
unitary pair coupled cluster double (oo-upCCD) ansatz strikes a balance between
accuracy and efficiency on today's quantum computers. However, the electron
pair approximation makes the method incapable of producing quantitatively
accurate energy predictions. In order to improve the accuracy without
increasing the circuit depth, we explore the idea of reduced density matrix
(RDM) based second order perturbation theory (PT2) as an energetic correction
to electron pair approximation. The new approach takes into account of the
broken-pair energy contribution that is missing in pair-correlated electron
simulations, while maintaining the computational advantages of oo-upCCD ansatz.
In dissociations of N$_2$, Li$_2$O, and chemical reactions such as the
unimolecular decomposition of CH$_2$OH$^+$ and the \snTwo reaction of CH$_3$I
$+$ Br$^-$, the method significantly improves the accuracy of energy
prediction. On two generations of the IonQ's trapped ion quantum computers,
Aria and Forte, we find that unlike the VQE energy, the PT2 energy correction
is highly noise-resilient. By applying a simple error mitigation approach based
on post-selection solely on the VQE energies, the predicted VQE-PT2 energy
differences between reactants, transition state, and products are in excellent
agreement with noise-free simulators.
- Abstract（参考訳）: 電子対近似は、量子コンピュータ上の量子化学シミュレーションのための資源効率の良い変分量子固有解法(VQE)アプローチを提供する。
オービタル最適化されたユニタリペア結合クラスタダブル(oo-upccd)のアンサッツは、システムサイズと一定のエネルギー測定オーバーヘッドで二次的にスケールするゲートの数と、今日の量子コンピュータの精度と効率のバランスをとる。
しかし、電子対近似により、定量的に正確なエネルギー予測を生成できない。
回路の深さを増加させずに精度を向上させるため,電子対近似に対するエネルギー補正として,密度行列(rdm)に基づく第2次摂動理論(pt2)を考案した。
新たなアプローチでは、ペア相関電子シミュレーションに欠けている破断対エネルギー寄与を考慮に入れつつ、oo-upccd ansatzの計算上の利点を維持している。
n$_2$、li$_2$o、およびch$_2$oh$^+$の一分子分解やch$_3$i$+$br$^-$の2次反応のような化学反応の解離において、この方法はエネルギー予測の精度を大幅に向上させる。
イオンQの捕捉されたイオン量子コンピュータAriaとForteの2世代で、VQEエネルギーとは異なり、PT2エネルギー補正はノイズ耐性が高いことが判明した。
VQEエネルギーのみに基づく単純な誤差緩和手法を適用することで、反応剤、遷移状態、製品間の予測されたVQE-PT2エネルギー差は、ノイズフリーシミュレーターと良好に一致している。
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