論文の概要: Simulating methylamine using symmetry adapted qubit-excitation-based variational quantum eigensolver
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.17035v1
- Date: Tue, 28 Jan 2025 15:55:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-29 16:41:11.492773
- Title: Simulating methylamine using symmetry adapted qubit-excitation-based variational quantum eigensolver
- Title（参考訳）: 対称性適応量子ビット励起に基づく変分量子固有解法を用いたメチルアミンのシミュレーション
- Authors: Konstantin M. Makushin, Aleksey K. Fedorov,
- Abstract要約: 我々は、中規模量子コンピュータ上で特定の分子をシミュレートするために必要な資源を分析する。
本稿では,分子点群対称性とコンパクト励起回路に基づく最適化手法の提案と解析を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.39462888523270856
- License:
- Abstract: In this work, we analyze the resources that are needed to simulate certain molecules on a medium-scale quantum computer with the use of the variational quantum eigensolver (VQE) approach. As the conventional realization of the VQE approach significant amount of resources for simulation, %requires prohibitively large we propose and analyze optimization techniques based on molecular point group symmetries (symmetry adaption) and compact excitation circuits (qubit-excitation-based). These optimizations allows significant reduction of the essential computational capabilities yet ensuring the convergence to the required energies. We first apply this approach for small molecules, such as LiH and BeH$_2$, to evaluate their compatibility, accuracy, and potential applicability to larger problems. Then we demonstrate that instead of 600,000 two-qubit operations (in the STO-3G basis using a naive version of the Unitary Coupled Cluster ansatz), we are able to simulate methylamine molecules with 26 qubits and about 12,000 of two-qubit gates using our method. We accomplish our analysis by estimating required resources for a formic acid molecule, whose simulation requires about 15,000 of two-qubit gates. Thus, the proposed combination of certain optimization methods can reduce the number of two-qubit operations by several orders of magnitude.Although, we present alternative approaches that are of interest in the context of the further optimization in the number of two-qubit operation, we note that these approaches do not perform well enough in terms of the convergence to required energies. While these challenges persist, our resource analysis represents a valuable step towards the practical use of quantum computers and the development of better methods for optimizing computing resources.
- Abstract（参考訳）: 本研究では、変分量子固有解法(VQE)アプローチを用いて、中規模量子コンピュータ上で特定の分子をシミュレートするために必要な資源を解析する。
VQEの従来の実現方法として,分子点群対称性(対称性適応)とコンパクト励起回路(量子励起回路)に基づく最適化手法を提案し,解析する。
これらの最適化により、必須の計算能力は大幅に低下するが、必要なエネルギーの収束は保証される。
まず、この手法をLiHやBeH$_2$といった小さな分子に適用し、それらの適合性、精度、およびより大きな問題への潜在的適用性を評価する。
次に、60,000の2量子ビット演算(単位結合クラスタアンサッツの単純版を用いたSTO-3G法に基づく)の代わりに、26量子ビットと約12,000の2量子ビットゲートでメチルアミン分子をシミュレートできることを示した。
我々は,2キュービットゲートを約15,000個必要とするギ酸分子に必要な資源を推定して解析を行った。
そこで,提案手法の組合せにより,2量子演算の行数を大幅に減らすことができるが,2量子演算の行数において,さらなる最適化の文脈において興味を抱く代替手法を提案するが,これらの手法は必要エネルギーへの収束に関して十分な性能を発揮できないことに留意する。
これらの課題は継続するが、我々の資源分析は、量子コンピュータの実用化に向けての貴重なステップであり、コンピューティングリソースを最適化するためのより良い方法の開発である。
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