論文の概要: Non-unitary Variational Quantum Eigensolver with the Localized Active Space Method and Cost Mitigation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.13371v1
• Date: Thu, 23 Jan 2025 04:18:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-24 15:55:47.509175
• Title: Non-unitary Variational Quantum Eigensolver with the Localized Active Space Method and Cost Mitigation
• Title（参考訳）: 局所化能動空間法とコスト低減による非単位変分量子固有解法
• Authors: Qiaohong Wang, Ruhee D'Cunha, Abhishek Mitra, Yuri Alexeev, Stephen K. Gray, Matthew Otten, Laura Gagliardi,
• Abstract要約: ハードウェア効率の良い局所化能動空間自己整合体(SCFS)は完全能動空間自己整合体(CFF)を近似する HEAは安価で浅い回路を提供するが、しばしば必要な相関を捉えることができない。 LAS-nuVQEは、H4と正方形のシクロブタジエンの両方で少数の門 (70) で、交差相関を回復し、化学的精度に達することが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.33923727961771083
• License:
• Abstract: Accurately describing strongly correlated systems with affordable quantum resources remains a central challenge for quantum chemistry applications on near and intermediate-term quantum computers. The localized active space self-consistent field (LASSCF) approximates the complete active space self-consistent field (CASSCF) by generating active space-based wave functions within specific fragments while treating interfragment correlation with mean-field approach, hence is computationally less expensive. Hardware-efficient ansatzes (HEA) offer affordable and shallower circuits, yet they often fail to capture the necessary correlation. Previously, Jastrow-factor-inspired non-unitary qubit operators were proposed to use with HEA for variational quantum eigensolver (VQE) calculations (nuVQE), as they do not increase circuit depths and recover correlation beyond the mean-field level for Hartree-Fock initial states. Here, we explore running nuVQE with LASSCF as the initial state. The method, named LAS-nuVQE, is shown to recover interfragment correlations, reach chemical accuracy with a small number of gates (<70) in both H4 and square cyclobutadiene. To further address the inherent symmetry-breaking in HEA, we implemented spin-constrained LAS-nuVQE to extend the capabilities of HEA further and show spin-pure results for square cyclobutadiene. We mitigate the increased measurement overhead of nuVQE via Pauli grouping and shot-frugal sampling, reducing measurement costs by up to two orders of magnitude compared to ungrouped operator, and show that one can achieve better accuracy with a small number of shots (10^3-4) per one expectation value calculation compared to noiseless simulations with one or two orders of magnitude more shots. Finally, wall clock time estimates show that, with our measurement mitigation protocols, nuVQE becomes a cheaper and more accurate alternative than VQE with HEA.
• Abstract（参考訳）: 安価な量子資源を持つ強相関系を正確に記述することは、近距離および中間の量子コンピュータにおける量子化学応用における中心的な課題である。 局所化された活性空間自己整合体 (LASSCF) は、平均場アプローチと相互干渉関係を扱いながら、特定のフラグメント内で活性空間ベースの波動関数を生成することにより、完全な活性空間自己整合体 (CASSCF) を近似する。 ハードウェア効率の良いアンサツェ(HEA)は安価で浅い回路を提供するが、しばしば必要な相関を捉えることができない。 Jastrow-factor-inspired non-unitary qubit operator was proposed to use with HEA for variational quantum eigensolver (VQE) computes (nuVQE) because they can not increase circuit depths and recovery correlation beyond the mean-field level for Hartree-Fock initial states。 本稿では LASSCF を初期状態とする nuVQE の実行について検討する。 LAS-nuVQEと命名されたこの手法は,H4および2乗シクロブタジエンに少数の門 ((<70)) を施して, 干渉相関を回復し, 化学的精度に達することが示されている。 さらに, HEAにおける固有対称性の破れに対処するため, HEAの機能をさらに拡張し, 正方形シクロブタジエンのスピン純度を示すために, LAS-nuVQEをスピン拘束した。 パウリ群とショットフルガルサンプリングによるnuVQEの測定オーバーヘッドの増大を緩和し、非群演算子と比較して最大2桁まで測定コストを削減し、1つの期待値(10^3-4)を1桁あたり1桁のノイズレスシミュレーションと比較すると精度が向上することを示した。 最後に, 壁面時計の時間推定値から, 計測緩和プロトコルにより, NUVQEはHEAを用いたVQEよりも安価で高精度な代替手段となることが示された。

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