論文の概要: Noise-Mitigated Variational Quantum Eigensolver with Pre-training and Zero-Noise Extrapolation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.01646v2
• Date: Mon, 27 Jan 2025 02:01:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-28 20:38:06.803312
• Title: Noise-Mitigated Variational Quantum Eigensolver with Pre-training and Zero-Noise Extrapolation
• Title（参考訳）: 事前学習とゼロノイズ外挿を併用したノイズ緩和型変分量子固有解法
• Authors: Wanqi Sun, Jungang Xu, Chenghua Duan,
• Abstract要約: 雑音環境下での分子基底状態エネルギーの正確な計算に有効なノイズ緩和型変分量子固有解器を開発した。 我々は、ゼロノイズ外挿を用いて量子ノイズを緩和し、ニューラルネットワークと組み合わせ、ノイズ適合機能の精度を向上させる。 その結果,本アルゴリズムは,主成分の変分量子固有解器よりも高い精度で,$mathcalO(10-2) sim MathcalO(10-1)$の範囲内でノイズ誤差を抑えることができることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.205475178870021
• License:
• Abstract: As a hybrid quantum-classical algorithm, the variational quantum eigensolver is widely applied in quantum chemistry simulations, especially in computing the electronic structure of complex molecular systems. However, on existing noisy intermediate-scale quantum devices, some factors such as quantum decoherence, measurement errors, and gate operation imprecisions are unavoidable. To overcome these challenges, this study proposes an efficient noise-mitigating variational quantum eigensolver for accurate computation of molecular ground state energies in noisy environments. We design the quantum circuit with reference to the structure of matrix product states and utilize it to pre-train the circuit parameters, which ensures circuit stability and mitigates fluctuations caused by initialization. We also employ zero-noise extrapolation to mitigate quantum noise and combine it with neural networks to improve the accuracy of the noise-fitting function, which significantly eliminates noise interference. Furthermore, we implement an intelligent grouping strategy for measuring Hamiltonian Pauli strings, which not only reduces measurement errors but also improves sampling efficiency. We perform numerical simulations to solve the ground state energy of the $H_4$ molecule by using MindSpore Quantum framework, and the results demonstrate that our algorithm can constrain noise errors within the range of $\mathcal{O}(10^{-2}) \sim \mathcal{O}(10^{-1})$, outperforming mainstream variational quantum eigensolvers. This work provides a new strategy for high-precision quantum chemistry calculations on near-term noisy quantum hardware. The updated code is available at https://gitee.com/mindspore/mindquantum/tree/research/paper_with_code/eigensolver_with_mps_and_ZNE or https://github.com/mindspore-lab/models/tree/master/research/arxiv_papers/MPS_eigensolver_with_ZNE.
• Abstract（参考訳）: ハイブリッド量子古典アルゴリズムとして、変分量子固有解法は量子化学シミュレーション、特に複雑な分子系の電子構造を計算する際に広く用いられる。 しかし、既存のノイズの多い中間規模量子デバイスでは、量子デコヒーレンス、測定誤差、ゲート操作不整合などの要因は避けられない。 これらの課題を克服するために, 雑音環境下での分子基底状態エネルギーの正確な計算に有効なノイズ緩和型変分量子固有解器を提案する。 本稿では,行列積状態の構造に着目した量子回路を設計し,回路パラメータを事前学習し,回路の安定性を保証し,初期化による変動を緩和する。 また、ゼロノイズ外挿を用いて量子ノイズを緩和し、ニューラルネットワークと組み合わせてノイズフィッティング機能の精度を向上し、ノイズ干渉を著しく除去する。 さらに、ハミルトニアン・パウリ弦の測定のためのインテリジェントなグルーピング戦略を実装し、測定誤差を低減させるだけでなく、サンプリング効率も改善する。 我々は、MindSpore Quantum frameworkを用いて、$H_4$分子の基底状態エネルギーを解くために数値シミュレーションを行い、本アルゴリズムが$\mathcal{O}(10^{-2}) \sim \mathcal{O}(10^{-1})$の範囲内でノイズエラーを抑制できることを実証した。 この研究は、近未来のノイズ量子ハードウェア上での高精度量子化学計算の新しい戦略を提供する。 更新されたコードはhttps://gitee.com/mindspore/mindquantum/tree/research/paper_with_code/eigensolver_with_mps_and_ZNE or https://github.com/mindspore-lab/models/tree/master/research/arxiv_papers/MPS_eigensolver_with_ZNEにある。

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