論文の概要: Quantum expectation value estimation by doubling the number of qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14466v1
• Date: Thu, 19 Dec 2024 02:27:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-20 13:30:54.573813
• Title: Quantum expectation value estimation by doubling the number of qubits
• Title（参考訳）: 量子ビット数の倍増による量子期待値の推定
• Authors: Hiroshi Yano, Masaya Kohda, Shoichiro Tsutsui, Ryosuke Imai, Keita Kanno, Kosuke Mitarai, Yuya O. Nakagawa,
• Abstract要約: 最大12量子ビットの分子ハミルトニアンのエネルギー推定効率について検討した。 対象精度が数十ミリハーツリー以下である場合,本手法は従来のサンプリング法よりも少ない精度で測定できることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Expectation value estimation is ubiquitous in quantum algorithms. The expectation value of a Hamiltonian, which is essential in various practical applications, is often estimated by measuring a large number of Pauli strings on quantum computers and performing classical post-processing. In the case of $n$-qubit molecular Hamiltonians in quantum chemistry calculations, it is necessary to evaluate $O(n^4)$ Pauli strings, requiring a large number of measurements for accurate estimation. To reduce the measurement cost, we assess an existing idea that uses two copies of an $n$-qubit quantum state of interest and coherently measures them in the Bell basis, which enables the simultaneous estimation of the absolute values of expectation values of all the $n$-qubit Pauli strings. We numerically investigate the efficiency of energy estimation for molecular Hamiltonians of up to 12 qubits. The results show that, when the target precision is no smaller than tens of milli-Hartree, this method requires fewer measurements than conventional sampling methods. This suggests that the method may be useful for many applications that rely on expectation value estimation of Hamiltonians and other observables as well when moderate precision is sufficient.
• Abstract（参考訳）: 期待値推定は量子アルゴリズムにおいてユビキタスである。 ハミルトニアンの期待値は、様々な応用に必須であり、量子コンピュータ上の多数のパウリ弦を測り、古典的な後処理を実行することでしばしば推定される。 量子化学計算における$n$-qubit分子ハミルトニアンの場合、正確な推定のために多数の測定を必要とする$O(n^4)$パウリ弦を評価する必要がある。 測定コストを削減するために、$n$-qubitの量子状態の2つのコピーを用いてベル基底でそれらをコヒーレントに測定する既存のアイデアを評価し、$n$-qubitの全てのパウリ弦の期待値の絶対値の同時推定を可能にする。 最大12量子ビットの分子ハミルトニアンのエネルギー推定効率を数値的に検討する。 その結果, 目標精度が数十ミリハーツリー以下であれば, 従来のサンプリング法よりも測定精度が低いことがわかった。 これは、この手法が適度な精度が十分であれば、ハミルトニアンや他の観測変数の期待値推定に依存する多くのアプリケーションにとって有用であることを示している。

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