論文の概要: Particle-conserving quantum circuit ansatz with applications in
variational simulation of bosonic systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.18768v1
- Date: Thu, 29 Feb 2024 00:21:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-01 16:32:34.271609
- Title: Particle-conserving quantum circuit ansatz with applications in
variational simulation of bosonic systems
- Title（参考訳）: 粒子保存型量子回路ansatzとボソニック系の変分シミュレーションへの応用
- Authors: Sina Bahrami, Nicolas Sawaya
- Abstract要約: 本稿では、量子変分アルゴリズムに用いるバイナリ符号化多層粒子回路アンサッツ(BEMPA)について紹介する。
鍵となる洞察は、対称性を保つ2ビットと3ビットのゲートのセットを慎重に配置することで回路ブロックを構築することである。
モット絶縁体から超流動相までの範囲のモデルパラメータについて,提案した回路アンサッツは,極端に短いランタイム内で基底状態固有値を求めることを実証する。
- 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: Constrained problems are frequently encountered in classical and quantum
optimization. Particle conservation, in particular, is commonly imposed when
studying energy spectra of chemical and solid state systems. Though particle
number-constraining techniques have been developed for fermionic (e.g.
molecular electronic structure) Hamiltonians, analogous techniques are lacking
for non-binary and non-fermionic problems, as in the case of bosonic systems or
classical optimization problems over integer variables. Here we introduce the
binary encoded multilevel particles circuit ansatz (BEMPA) -- an ansatz which
preserves particle count by construction -- for use in quantum variational
algorithms. The key insight is to build the circuit blocks by carefully
positioning a set of symmetry-preserving 2- and 3-qubit gates. We numerically
analyze the problem of finding the ground state eigenvalues -- via the
Variational Quantum Eigensolver (VQE) algorithm -- of the Bose-Hubbard
Hamiltonian. For a range of model parameters spanning from Mott insulator to
superfluid phase, we demonstrate that our proposed circuit ansatz finds the
ground state eigenvalues within drastically shorter runtimes compared to
penalty-based strategies methods. Finally, we analyze the potential resource
benefits of changing the qubit encoding at the end of the optimization routine.
Our results attest to the efficacy of BEMPA for simulating bosonic problems for
which particle number is preserved.
- Abstract（参考訳）: 制約された問題は古典的および量子最適化においてしばしば発生する。
特に粒子の保存は、化学および固体系のエネルギースペクトルを研究する際に一般的に課される。
フェルミオン(例えば分子電子構造)ハミルトニアンのために粒子数制約技術が開発されているが、ボソニック系や整数変数に対する古典的な最適化問題のように、非二項および非フェルミオン問題には類似技術が欠けている。
ここでは、量子変分アルゴリズムに用いるために、二進符号化多層粒子回路アンサッツ(BEMPA)、すなわち、構成による粒子数を保存するアンサッツを紹介する。
鍵となる洞察は、対称性を保つ2ビットと3ビットのゲートを慎重に配置することで回路ブロックを構築することである。
本稿では,Bose-Hubbard Hamiltonian の変分量子固有解法 (VQE) アルゴリズムを用いて基底状態固有値を求める問題を数値解析する。
mott絶縁体から超流動相までの範囲のモデルパラメータについて,提案する回路ansatzが,ペナルティに基づく戦略手法と比較して,極めて短いランタイム内で基底状態固有値を求めることを実証した。
最後に、最適化ルーチンの最後にqubitエンコーディングを変更することで、潜在的なリソースの利点を分析する。
粒子数が保存されたボゾン問題に対するBEMPAの有効性を実証した。
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