論文の概要: Variational Quantum Imaginary Time Evolution for Matrix Product State Ansatz with Tests on Transcorrelated Hamiltonians
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.10523v1
- Date: Mon, 15 Jul 2024 08:28:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-16 15:50:53.373124
- Title: Variational Quantum Imaginary Time Evolution for Matrix Product State Ansatz with Tests on Transcorrelated Hamiltonians
- Title（参考訳）: マトリックス製品状態アンザッツの変分量子イマジナリー時間進化 : トランスコリックスハミルトニアンの試験
- Authors: Hao-En Li, Xiang Li, Jia-Cheng Huang, Guang-Ze Zhang, Zhu-Ping Shen, Chen Zhao, Jun Li, Han-Shi Hu,
- Abstract要約: マトリックス生成物状態(MPS)アンザッツは、分子ハミルトンの基底状態を見つけるための有望なアプローチを提供する。
本稿では,変分量子想像時間進化(VarQITE)手法を用いて,QCMPSアンサッツの最適化性能を向上させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.985673663540688
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The matrix product state (MPS) ansatz offers a promising approach for finding the ground state of molecular Hamiltonians and solving quantum chemistry problems. Building on this concept, the proposed technique of quantum circuit MPS (QCMPS) enables the simulation of chemical systems using a relatively small number of qubits. In this study, we enhance the optimization performance of the QCMPS ansatz by employing the variational quantum imaginary time evolution (VarQITE) approach. Guided by McLachlan's variational principle, the VarQITE method provides analytical metrics and gradients, resulting in improved convergence efficiency and robustness of the QCMPS. We validate these improvements numerically through simulations of $\rm H_2$, $\rm H_4$, and $\rm LiH$ molecules. Additionally, given that VarQITE is applicable to non-Hermitian Hamiltonians, we evaluate its effectiveness in preparing the ground state of transcorrelated (TC) Hamiltonians. This approach yields energy estimates comparable to the complete basis set (CBS) limit while using even fewer qubits. Specifically, we perform simulations of the beryllium atom and $\rm LiH$ molecule using only three qubits, maintaining high fidelity with the CBS ground state energy of these systems. This qubit reduction is achieved through the combined advantages of both the QCMPS ansatz and transcorrelation. Our findings demonstrate the potential practicality of this quantum chemistry algorithm on near-term quantum devices.
- Abstract（参考訳）: マトリックス生成物状態(MPS)アンザッツは、分子ハミルトニアンの基礎状態を発見し、量子化学問題を解くための有望なアプローチを提供する。
この概念に基づいて、量子回路MPS (QCMPS) の手法により、比較的少数の量子ビットを用いた化学系のシミュレーションが可能となる。
本研究では,変分量子想像時間進化(VarQITE)手法を用いて,QCMPSアンサッツの最適化性能を向上させる。
マクラークランの変分原理によって導かれ、VarQITE法は分析指標と勾配を提供し、QCMPSの収束効率と堅牢性を改善した。
我々はこれらの改善を$\rm H_2$,$\rm H_4$,$\rm LiH$分子のシミュレーションにより数値的に検証する。
さらに、VarQITEが非エルミートハミルトニアンに適用可能であることを考慮し、トランスコリックス(TC)ハミルトニアンの基礎状態を作成する上での有効性を評価する。
このアプローチは、より少ない量子ビットを使用しながら、完全基底集合 (CBS) の極限に匹敵するエネルギーを推定する。
具体的には、ベリリウム原子と$\rm LiH$分子をわずか3量子ビットでシミュレーションし、これらの系のCBS基底状態エネルギーと高い忠実性を維持する。
この量子ビットの低減は、QCMPSアンサッツとトランスコリレーションの両方の利点によって達成される。
本研究は, この量子化学アルゴリズムの短期量子デバイスへの応用の可能性を示すものである。
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