論文の概要: Adaptive-depth randomized measurement for fermionic observables
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.09574v1
- Date: Thu, 16 Jan 2025 14:47:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-17 15:09:54.823526
- Title: Adaptive-depth randomized measurement for fermionic observables
- Title（参考訳）: フェルミオンオブザーバの適応深度ランダム化測定
- Authors: Kaiming Bian, Bujiao Wu,
- Abstract要約: 推定精度を維持しつつ回路深さを低減することを目的とした適応深度フェルミオン型古典影(ADFCS)プロトコルを提案する。
ADFCSはより効率的な量子シミュレーションを可能にし、量子状態推定の忠実さを保ちながら回路深度を低減できる可能性が示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3775283002059579
- License:
- Abstract: Accurate estimation of fermionic observables is essential for advancing quantum physics and chemistry. The fermionic classical shadow (FCS) method offers an efficient framework for estimating these observables without requiring a transformation into a Pauli basis. However, the random matchgate circuits in FCS require polynomial-depth circuits with a brickwork structure, which presents significant challenges for near-term quantum devices with limited computational resources. To address this limitation, we introduce an adaptive-depth fermionic classical shadow (ADFCS) protocol designed to reduce the circuit depth while maintaining the estimation accuracy and the order of sample complexity. Through theoretical analysis and numerical fitting, we establish that the required depth for approximating a fermionic observable $H$ scales as $\max\{d^2_{\text{int}}(H)/\log n, d_{\text{int}}(H)\}$ where $d_{\text{int}}$ is the interaction distance of $H$. We demonstrate the effectiveness of the ADFCS protocol through numerical experiments, which show similar accuracy to the traditional FCS method while requiring significantly fewer resources. Additionally, we apply ADFCS to compute the expectation value of the Kitaev chain Hamiltonian, further validating its performance in practical scenarios. Our findings suggest that ADFCS can enable more efficient quantum simulations, reducing circuit depth while preserving the fidelity of quantum state estimations, offering a viable solution for near-term quantum devices.
- Abstract（参考訳）: フェルミオンオブザーバブルの正確な推定は、量子物理学と化学の発展に不可欠である。
フェルミオン古典影 (FCS) 法は、パウリ基底への変換を必要とせず、これらの可観測物を推定するための効率的なフレームワークを提供する。
しかし、FCSのランダムマッチゲート回路は、ブロックワーク構造を持つ多項式深度回路を必要とするため、計算資源が限られている短期量子デバイスには大きな課題が生じる。
この制限に対処するために,回路の深さを低減し,推定精度とサンプルの複雑さの順序を維持しつつ,適応深度フェルミオン型古典影(ADFCS)プロトコルを導入する。
理論的解析と数値フィッティングにより、フェルミオン観測可能な$H$スケールを$\max\{d^2_{\text{int}}(H)/\log n, d_{\text{int}}(H)\}$として近似するために必要な深さが$H$であることを示す。
ADFCS プロトコルの有効性を数値実験により実証し,従来の FCS 法と類似の精度を示すとともに,資源の削減も図っている。
さらに,北エフ連鎖ハミルトニアンの期待値の計算にAFDCSを適用し,実用シナリオにおけるその性能の検証を行う。
ADFCSはより効率的な量子シミュレーションを可能にし、量子状態推定の忠実さを保ちながら回路深さを減らし、短期的な量子デバイスに実現可能なソリューションを提供することを示唆している。
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