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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.13547v2
• Date: Mon, 04 Aug 2025 01:25:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-05 20:32:48.514452
• Title: Optimizing a parameterized controlled gate using Free Quaternion Selection
• Title（参考訳）: 自由四元数選択を用いた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、一般化された制御ゲートをパラメータ化し、これらのパラメータを最大に最適化することでコスト関数を最小化するアルゴリズムを提案する。 この方法は、もともと単一ビットゲート最適化のために開発されたFQS(Free Quaternion Selection)技術を拡張している。
• 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 quantum algorithms, parameterization is typically applied to single-qubit gates.In this study, we instead parameterize a generalized controlled gate and propose an algorithm to locally minimize the cost function by maximally optimizing these parameters. This method extends the Free Quaternion Selection (FQS) technique, which was originally developed for single-qubit gate optimization. To evaluate its performance, we apply the proposed method to a variety of quantum optimization tasks, including the Variational Quantum Eigensolver (VQE) for both Ising and molecular Hamiltonians, fidelity maximization in general variational quantum algorithms (VQAs), and unitary compilation of time evolution operators. Across these applications, our method demonstrates efficient optimization, enhanced expressibility, and the ability to construct shallower circuits compared to existing techniques. Moreover, the method can be generalized to optimize particle-number-conserving gates, which are particularly relevant for quantum chemistry. Leveraging this capability, we further demonstrate that the method achieves superior quantum compilation of molecular time-evolution operators by approximating them with shallower circuits than standard Trotter decomposition.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズムでは、パラメータ化は典型的には単一量子ビットゲートに適用され、代わりに一般化された制御ゲートをパラメータ化し、これらのパラメータを最大に最適化することでコスト関数を局所的に最小化するアルゴリズムを提案する。 この方法は、もともと単一ビットゲート最適化のために開発されたFQS(Free Quaternion Selection)技術を拡張している。 その性能を評価するため,Isingおよび分子ハミルトニアンの変分量子固有解法(VQE),一般変分量子アルゴリズム(VQA)の忠実度最大化,時間発展演算子のユニタリコンパイルなど,様々な量子最適化タスクに提案手法を適用した。 提案手法は, 効率のよい最適化, 表現性の向上, 既存の手法と比較して浅い回路を構築できることを実証する。 さらに、この方法は量子化学に特に関係のある粒子数保存ゲートを最適化するために一般化することができる。 さらに,本手法は,通常のトロッター分解よりも浅い回路で近似することで,分子時間進化演算子の量子的コンパイルに優れることを示す。

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