論文の概要: Double-bracket quantum algorithms for high-fidelity ground state preparation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.03987v2
• Date: Thu, 06 Nov 2025 15:24:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-07 20:17:53.055734
• Title: Double-bracket quantum algorithms for high-fidelity ground state preparation
• Title（参考訳）: 高忠実基底状態生成のためのダブルブラケット量子アルゴリズム
• Abstract要約: 基底状態の準備は量子コンピュータの中枢的な応用である。 地中準備のための二重ブラケット量子アルゴリズム(DBQA)の性能とゲート数について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6832937136783648
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Ground state preparation is a central application for quantum computers but remains challenging in practice. In this work, we quantitatively investigate the performance and gate counts of double-bracket quantum algorithms (DBQAs) for ground state preparation. We propose a practical strategy in which DBQAs refine initial state preparation circuits, and we compile them for Heisenberg chains using controlled-Z and single-qubit gates. Warm-started DBQAs consistently improve both the energy and ground-state fidelity relative to the initial states provided by variational ans\"atze, indicating that DBQAs offer an effective unitary synthesis method. To demonstrate compatibility with near-term hardware, we executed a proof-of-concept example on IBM devices. With error mitigation, we observed a statistically significant improvement over the corresponding warm-start circuit. Furthermore, numerical emulations for the same system size indicate that executing DBQAs on Quantinuum's hardware could achieve similar cost-function gains without requiring error mitigation. These findings suggest that DBQAs are a promising approach for enhancing ground-state approximations on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 基底状態の準備は量子コンピュータの中枢的な応用であるが、実際は困難である。 本研究では,基底状態の準備のための二重ブラケット量子アルゴリズム(DBQA)の性能とゲート数について定量的に検討する。 我々はDBQAが初期状態準備回路を洗練させる実用戦略を提案し、制御Zと単一量子ゲートを用いてハイゼンベルクチェーンにコンパイルする。 ウォーム開始DBQAsは変分 ans\atze によって提供される初期状態と比較してエネルギーと基底状態の忠実度を一貫して改善し、DBQAsが効果的なユニタリ合成法を提供することを示す。 短期ハードウェアとの互換性を示すため,IBMデバイス上で概念実証を行った。 誤差緩和により,対応するウォームスタート回路に対して統計的に有意な改善が見られた。 さらに、同じシステムサイズの数値エミュレーションでは、Quantinuumのハードウェア上でDBQAを実行すると、エラーの軽減を必要とせずに同様のコスト関数ゲインが得られることが示されている。 これらの結果から,DBQAは短期量子デバイスにおける基底状態近似を向上するための有望なアプローチであることが示唆された。

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