論文の概要: Variational LOCC-assisted quantum circuits for long-range entangled states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.07281v1
- Date: Wed, 11 Sep 2024 14:08:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-12 14:25:47.164520
- Title: Variational LOCC-assisted quantum circuits for long-range entangled states
- Title（参考訳）: 長距離絡み合う状態に対する変分LOCC支援量子回路
- Authors: Yuxuan Yan, Muzhou Ma, You Zhou, Xiongfeng Ma,
- Abstract要約: 長距離の絡み合いは重要な量子資源であり、特にトポロジカルな順序と量子エラー補正のために重要である。
有望な経路は、いくつかの量子資源を局所演算と古典通信(LOCC)に置き換えることによって提供される。
本稿では、パラメータ化されたLOCCプロトコルに基づいて、与えられたハミルトンの基底状態を求める量子古典ハイブリッドアルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6258326496071918
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Long-range entanglement is an important quantum resource, especially for topological orders and quantum error correction. In reality, preparing long-range entangled states requires a deep unitary circuit, which poses significant experimental challenges. A promising avenue is offered by replacing some quantum resources with local operations and classical communication (LOCC). With these classical components, one can communicate information from mid-circuit measurements in distant parts of the system, which results in a substantial reduction of circuit depth in many important cases. However, to prepare general long-range entangled states, finding LOCC-assisted circuits of a short depth remains an open question. Here, we address such a challenge by proposing a quantum-classical hybrid algorithm to find ground states of given Hamiltonians based on parameterized LOCC protocols. We introduce an efficient protocol for estimating parameter gradients and use such gradients for variational optimization. Theoretically, we establish the conditions for the absence of barren plateaus, ensuring trainability at a large system size. Numerically, the algorithm accurately solves the ground state of long-range entangled models, such as the perturbed GHZ state and surface code. Our results clearly demonstrate the practical advantage of our algorithm in the accuracy of estimated ground state energy over conventional unitary variational circuits, as well as the theoretical advantage in creating long-range entanglement.
- Abstract（参考訳）: 長距離の絡み合いは重要な量子資源であり、特にトポロジカルな順序と量子エラー補正のために重要である。
実際には、長距離の絡み合った状態を作るには深いユニタリ回路が必要である。
有望な道は、いくつかの量子資源を局所的な演算と古典的な通信(LOCC)に置き換えることによって提供される。
これらの古典的成分により、システムの遠隔部分における中間回路計測からの情報を伝えることができ、多くの重要なケースにおいて回路深さが大幅に減少する。
しかし、一般的な長距離絡み合う状態を作るために、LOCCによる短い深さの回路を見つけることは未解決の問題である。
ここでは、パラメータ化されたLOCCプロトコルに基づいて、与えられたハミルトンの基底状態を見つけるために量子古典ハイブリッドアルゴリズムを提案する。
パラメータ勾配を推定するための効率的なプロトコルを導入し、そのような勾配を変分最適化に利用する。
理論的には,バレン高原が存在しない場合の条件を確立し,大規模システムでのトレーニング性を確保する。
数値的には、このアルゴリズムは摂動GHZ状態や表面符号などの長距離絡み合ったモデルの基底状態を正確に解く。
本研究は,従来の一元変分回路よりも推定基底状態エネルギーを精度よく推定するアルゴリズムの実用的利点と,長距離絡み込みの理論的利点を明らかにした。
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