論文の概要: Light Cone Cancellation for Variational Quantum Eigensolver in Solving Noisy Max-Cut

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.19497v4
• Date: Mon, 22 Sep 2025 05:21:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 14:36:44.466181
• Title: Light Cone Cancellation for Variational Quantum Eigensolver in Solving Noisy Max-Cut
• Title（参考訳）: ノイズマックスカット解法における変量量子固有解器の光コーンキャンセラ
• Authors: Xinwei Lee, Xinjian Yan, Ningyi Xie, Yoshiyuki Saito, Leo Kurosawa, Nobuyoshi Asai, Dongsheng Cai, Hoong Chuin LAU,
• Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、与えられたハミルトンの基底エネルギーを推定するために用いられる量子古典ハイブリッドアルゴリズムである。 本研究では,光円錐キャンセラ法(LCC)を用いて2局所アンサッツに必要な量子ビット数とゲート数を削減した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.646003577565874
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Variational Quantum Eigensolver (VQE) is a quantum-classical hybrid algorithm used to estimate the ground energy of a given Hamiltonian. It consists of a parameterized quantum circuit, which the parameters are optimized using a classical optimizer. With the increasing need in solving large-scale problems in real-world applications, solving those large problems with fewer qubits and fewer gates becomes essential, so that we reduce the simulation difficulty and mitigate the effect of noise in real quantum hardware. In this study, we applied the Light Cone Cancellation (LCC) method to reduce the number of qubits and gates required in a two-local ansatz. LCC removes redundant gates that are not required in the calculation of the expectation value for a local observable. This leads to two consequences: 1) the quantum circuit used to create the trial wavefunction of VQE can be broken down into multiple quantum subcircuits with fewer qubits, enabling large-scale problems to be solved without actually simulating the entire circuit; and 2) reduced number of quantum gates in the circuit leads to the noise mitigation in quantum hardware. The main purpose of this work is to demonstrate the effectiveness of this method (called the LCC-VQE) in mitigating the device noise when solving the Max-Cut problem up to 100 qubits, using simulations on small (7-qubit and 27-qubit) fake noisy backends. Employing a single-layer two-local ansatz circuit architecture, the reuslts show that LCC-VQE yields higher approximation ratios than those cases without LCC, implying that the effect of noise is mitigated when LCC is applied. An analysis of more than one layer of two-local ansatz is also performed, but empirical results show that the single-layer ansatz still performs the best among them. We also compare LCC-VQE under noiseless conditions with the Goemans-Williamson algorithm.
• Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、与えられたハミルトンの基底エネルギーを推定するために用いられる量子古典ハイブリッドアルゴリズムである。 パラメータ化量子回路で構成されており、パラメータは古典的なオプティマイザを用いて最適化される。 現実世界のアプリケーションにおける大規模問題の解決の必要性が高まるにつれて、量子ビットが少なくゲートが少ないような大きな問題を解くことが不可欠となり、シミュレーションの難しさを低減し、実際の量子ハードウェアにおけるノイズの影響を軽減する。 本研究では,光円錐キャンセラ法(LCC)を用いて2局所アンサッツに必要な量子ビット数とゲート数を削減した。 LCCは、ローカルオブザーバブルの期待値の計算に不要な冗長ゲートを除去する。 これは2つの結果をもたらす。 1)VQEの試行波動関数を生成するために用いられる量子回路は、より少ない量子ビットの複数の量子サブ回路に分割することができ、回路全体を実際にシミュレーションすることなく大規模な問題を解くことができる。 2) 回路内の量子ゲート数の減少は, 量子ハードウェアのノイズ低減につながる。 この研究の主な目的は、小さな(7量子ビットと27量子ビット)偽のノイズバックエンドのシミュレーションを用いて、最大100量子ビットのマックス・カッツ問題を解く際のデバイスノイズを緩和する手法(LCC-VQEと呼ばれる)の有効性を実証することである。 LCC-VQEはLCCのない場合よりも高い近似比を示し、LCCを適用するとノイズの影響が軽減されることを示す。 2つの局所的アンザッツの複数の層の解析も行われているが, 実験結果から, 単層アンザッツは依然として最良であることが明らかとなった。 また、ノイズのない条件下でのLCC-VQEとGoemans-Williamsonアルゴリズムを比較する。

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