論文の概要: Fast gradient-free optimization of excitations in variational quantum eigensolvers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.05939v2
- Date: Mon, 07 Apr 2025 09:22:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-08 14:06:11.686523
- Title: Fast gradient-free optimization of excitations in variational quantum eigensolvers
- Title（参考訳）: 変分量子固有解法における励起の高速勾配なし最適化
- Authors: Jonas Jäger, Thierry Nicolas Kaldenbach, Max Haas, Erik Schultheis,
- Abstract要約: 物理インフォームド励起演算子のための高速なグローバルインフォームド勾配フリーのExcitationを導入する。
励起は変分量子固有解法において一般的な選択である。
分子基底状態エネルギー計算における励起の有用性を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6874375111244329
- License:
- Abstract: We introduce ExcitationSolve, a fast globally-informed gradient-free optimizer for physically-motivated ans\"atze constructed of excitation operators, a common choice in variational quantum eigensolvers. ExcitationSolve extends quantum-aware and hyperparameter-free optimizers such as Rotosolve, from parameterized unitaries with generators $G$ of the form $G^2=I$, e.g., rotations, to the more general class of $G^3=G$ exhibited by the physically-inspired excitation operators such as in the unitary coupled cluster approach. ExcitationSolve determines the global optimum along each variational parameter using the same quantum resources that gradient-based optimizers require for one update step. We provide optimization strategies for both fixed and adaptive variational ans\"atze, as well as a multi-parameter generalization for the simultaneous selection and optimization of multiple excitation operators. We demonstrate the utility of ExcitationSolve on molecular ground state energy calculations, thereby outperforming state-of-the-art optimizers commonly employed in variational quantum algorithms. Across all tested molecules in equilibrium geometry, ExcitationSolve remarkably reaches chemical accuracy in a single parameter sweep in a fixed ansatz. In addition, ExcitationSolve achieves adaptive ans\"atze consisting of fewer operators than in the gradient-based adaptive approach. Finally, ExcitationSolve shows robustness against substantial noise in real quantum hardware, retaining an advantage over other optimizers.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 変動量子固有解法における一般的な選択である励起演算子で構成された物理動機付 ans\atze のための高速なグローバルインフォームド勾配最適化器 ExcitationSolve を紹介する。
ExcitationSolveは、Rotosolveのような量子認識およびハイパーパラメータフリー最適化器を、ジェネレータを持つパラメータ化されたユニタリ$G$から、ユニタリ結合クラスタアプローチのような物理的に着想を得た励起演算子によって示されるより一般的なクラス$G^3=G$まで拡張する。
ExcitationSolveは、勾配ベースのオプティマイザが1回の更新ステップで要求するのと同じ量子リソースを使用して、各変動パラメータに沿ったグローバルな最適化を決定する。
固定および適応的な変分 ans\atze に対する最適化戦略と、複数励起演算子の同時選択と最適化のためのマルチパラメータ一般化を提供する。
本研究では,分子基底状態エネルギー計算におけるExcitationSolveの有用性を示す。
平衡幾何学における全ての試験された分子の中で、ExcitationSolveは固定アンザッツ内の単一のパラメータスイープにおいて化学的精度を著しく向上させる。
さらに、ExcitationSolve は勾配に基づく適応アプローチよりも少ない演算子からなる適応的 ans\atze を達成する。
最後に、ExcitationSolveは、実際の量子ハードウェアにおける大きなノイズに対して堅牢性を示し、他のオプティマイザに対する優位性を保っている。
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