論文の概要: Evaluating a quantum-classical quantum Monte Carlo algorithm with Matchgate shadows
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.18303v2
- Date: Tue, 10 Sep 2024 12:02:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-11 23:13:57.695538
- Title: Evaluating a quantum-classical quantum Monte Carlo algorithm with Matchgate shadows
- Title（参考訳）: 整合影を用いた量子古典量子モンテカルロアルゴリズムの評価
- Authors: Benchen Huang, Yi-Ting Chen, Brajesh Gupt, Martin Suchara, Anh Tran, Sam McArdle, Giulia Galli,
- Abstract要約: 近年の研究では、クリフォード影を用いた量子古典量子モンテカルロ(QC-QMC)アルゴリズムが提案され、フェルミオンハミルトニアンの基礎状態が決定された。
このアプローチでは、固有のノイズレジリエンスと、純粋に古典的な手法に比べて精度が向上する可能性を示した。
本研究では,最近開発されたMatchgate Shadows技術を用いたQC-QMCの改良手法について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.610728118087272
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Solving the electronic structure problem of molecules and solids to high accuracy is a major challenge in quantum chemistry and condensed matter physics. The rapid emergence and development of quantum computers offer a promising route to systematically tackle this problem. Recent work by Huggins et al.[1] proposed a hybrid quantum-classical quantum Monte Carlo (QC-QMC) algorithm using Clifford shadows to determine the ground state of a Fermionic Hamiltonian. This approach displayed inherent noise resilience and the potential for improved accuracy compared to its purely classical counterpart. Nevertheless, the use of Clifford shadows introduces an exponentially scaling post-processing cost. In this work, we investigate an improved QC-QMC scheme utilizing the recently developed Matchgate shadows technique [2], which removes the aforementioned exponential bottleneck. We observe from experiments on quantum hardware that the use of Matchgate shadows in QC-QMC is inherently noise robust. We show that this noise resilience has a more subtle origin than in the case of Clifford shadows. Nevertheless, we find that classical post-processing, while asymptotically efficient, requires hours of runtime on thousands of classical CPUs for even the smallest chemical systems, presenting a major challenge to the scalability of the algorithm.
- Abstract（参考訳）: 分子や固体の電子構造問題を高精度に解くことは、量子化学と凝縮物質物理学の大きな課題である。
量子コンピュータの急速な出現と発展は、この問題を体系的に解決するための有望な経路を提供する。
Hugginsらによる最近の研究は、クリフォード影を用いた量子古典量子モンテカルロ(QC-QMC)アルゴリズムを提案し、フェルミオンハミルトニアンの基礎状態を決定する。
このアプローチでは、固有のノイズレジリエンスと、純粋に古典的な手法に比べて精度が向上する可能性を示した。
それでもクリフォードシャドウの使用は、指数関数的にスケールした後処理コストをもたらす。
本研究では,最近開発されたMatchgateシャドウ技術 [2] を利用したQC-QMCの改良手法について検討する。
量子ハードウェアの実験から、QC-QMCにおけるMatchgateシャドーの使用は本質的にノイズが強いことが観察された。
このノイズレジリエンスはクリフォードシャドーよりも微妙な起源を持つことを示す。
それにもかかわらず、古典的な後処理は漸近的に効率的であるが、最小の化学システムでさえも数千の古典的なCPU上で何時間も実行する必要があることが判明し、アルゴリズムのスケーラビリティに大きな課題が浮かび上がっている。
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