論文の概要: Optimizing a parameterized controlled gate with Free Quaternion Selection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.13547v1
• Date: Fri, 20 Sep 2024 14:46:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-07 06:41:58.230985
• Title: Optimizing a parameterized controlled gate with Free Quaternion Selection
• Title（参考訳）: 自由四元数選択によるパラメータ化制御ゲートの最適化
• Authors: Hiroyoshi Kurogi, Katsuhiro Endo, Yuki Sato, Michihiko Sugawara, Kaito Wada, Kenji Sugisaki, Shu Kanno, Hiroshi C. Watanabe, Haruyuki Nakano,
• Abstract要約: 本研究では,単一キュービットゲートのコストを局所的に最小化するための最適パラメータを推定するアルゴリズムを提案する。 性能をベンチマークするために,Isingや分子ハミルトニアンのための変分固有解法 (VQE) など,様々な最適化問題に提案手法を適用した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4353365283165517
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: In variational algorithms, quantum circuits are conventionally parametrized with respect to single-qubit gates. In this study, we parameterize a generalized controlled gate and propose an algorithm to estimate the optimal parameters for locally minimizing the cost value, where we extend the free quaternion selection method, an optimization method for a single-qubit gate. To benchmark the performance, we apply the proposed method to various optimization problems, including the Variational Quantum Eigensolver (VQE) for Ising and molecular Hamiltonians, Variational Quantum Algorithms (VQA) for fidelity maximization, and unitary compilation of time evolution operators. In these applications, the proposed method shows efficient optimization and greater expressibility with shallower circuits than other methods. Furthermore, this method is also capable of generalizing and fully optimizing particle-number-conserving gates, which are in demand in chemical systems applications. Taking advantage of this property, we have actually approximated time evolution operators of molecular Hamiltonian and simulated the dynamics with shallower circuits in comparison to the standard implementation by Trotter decomposition.
• Abstract（参考訳）: 変分アルゴリズムでは、量子回路は伝統的に単一量子ビットゲートに対してパラメータ化される。 本研究では、一般化された制御ゲートをパラメータ化し、コスト値の局所最小化に最適なパラメータを推定するアルゴリズムを提案する。 提案手法は,Isingおよび分子ハミルトニアンの変分量子固有解法(VQE),フィデリティ最大化のための変分量子アルゴリズム(VQA),時間発展演算子のユニタリコンパイルなど,様々な最適化問題に適用する。 提案手法は,他の手法よりも浅い回路で効率よく最適化し,高い表現性を示す。 さらに, この手法は, 化学系応用において要求される粒子数保存ゲートを一般化し, 完全に最適化することができる。 この特性を利用して、分子ハミルトニアンの時間発展作用素を実際に近似し、トロッター分解による標準実装と比較して浅い回路で力学をシミュレートした。

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