論文の概要: Compact Multi-Threshold Quantum Information Driven Ansatz For Strongly Interactive Lattice Spin Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.02639v1
• Date: Mon, 5 Aug 2024 17:07:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-06 12:56:48.524772
• Title: Compact Multi-Threshold Quantum Information Driven Ansatz For Strongly Interactive Lattice Spin Models
• Title（参考訳）: 強い相互作用を持つ格子スピンモデルのための小型マルチ閾値量子情報駆動アンザツ
• Authors: Fabio Tarocco, Davide Materia, Leonardo Ratini, Leonardo Guidoni,
• Abstract要約: 近似量子相互情報(QMI)に基づくアンザッツ建築の体系的手順を提案する。 提案手法は,QMI値に基づいて各層の量子ビット対が選択される層状アンサッツを生成し,より効率的な状態生成と最適化ルーチンを実現する。 その結果,Multi-QIDA法は高い精度を維持しながら計算複雑性を低減し,格子スピンモデルにおける量子シミュレーションに有望なツールであることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum algorithms based on the variational principle have found applications in diverse areas with a huge flexibility. But as the circuit size increases the variational landscapes become flattened, causing the so-called Barren plateau phenomena. This will lead to an increased difficulty in the optimization phase, due to the reduction of the cost function parameters gradient. One of the possible solutions is to employ shallower circuits or adaptive ans\"atze. We introduce a systematic procedure for ansatz building based on approximate Quantum Mutual Information (QMI) with improvement on each layer based on the previous Quantum Information Driven Ansatz (QIDA) approach. Our approach generates a layered-structured ansatz, where each layer's qubit pairs are selected based on their QMI values, resulting in more efficient state preparation and optimization routines. We benchmarked our approach on various configurations of the Heisenberg model Hamiltonian, demonstrating significant improvements in the accuracy of the ground state energy calculations compared to traditional heuristic ansatz methods. Our results show that the Multi-QIDA method reduces the computational complexity while maintaining high precision, making it a promising tool for quantum simulations in lattice spin models.
• Abstract（参考訳）: 変分原理に基づく量子アルゴリズムは、大きな柔軟性を持つ様々な分野の応用を見出した。 しかし、回路サイズが大きくなるにつれて、変動地形が平坦になり、いわゆるバレン高原現象が引き起こされる。 これにより、コスト関数パラメータの勾配が減少するため、最適化フェーズにおける困難が増大する。 考えられる解決策の1つは、より浅い回路または適応的な ans\atze を用いることである。 本稿では,従来のQIDA(Quantum Information Driven Ansatz)アプローチをベースとした,近似量子相互情報(Quantum Mutual Information, QMI)に基づくアンザッツ構築の体系的手順を提案する。 提案手法は,QMI値に基づいて各層の量子ビット対が選択される層状アンサッツを生成し,より効率的な状態生成と最適化ルーチンを実現する。 我々はハイゼンベルクモデルハミルトンの様々な構成をベンチマークし、従来のヒューリスティックアンザッツ法と比較して基底状態エネルギー計算の精度を大幅に改善した。 その結果,Multi-QIDA法は高い精度を維持しながら計算複雑性を低減し,格子スピンモデルにおける量子シミュレーションに有望なツールであることがわかった。

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