論文の概要: Entanglement-informed Construction of Variational Quantum Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.17533v1
- Date: Wed, 29 Jan 2025 10:04:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-30 15:53:19.627125
- Title: Entanglement-informed Construction of Variational Quantum Circuits
- Title（参考訳）: 可変量子回路の絡み合いインフォームド構成
- Authors: Alina Joch, Götz S. Uhrig, Benedikt Fauseweh,
- Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、ノイズの多い量子コンピュータ上の量子多体系の基底状態をシミュレーションするための有望なツールである。
本稿では,特定のモデルから自然に現れるエンタングルメントインフォームドアンサッツスキームについて検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The Variational Quantum Eigensolver (VQE) is a promising tool for simulating ground states of quantum many-body systems on noisy quantum computers. Its effectiveness relies heavily on the ansatz, which must be both hardware-efficient for implementation on noisy hardware and problem-specific to avoid local minima and convergence problems. In this article, we explore entanglement-informed ansatz schemes that naturally emerge from specific models, aiming to balance accuracy with minimal use of two-qubit entangling gates, allowing for efficient use of techniques such as quantum circuit cutting. We focus on three models of quasi-1D Hamiltonians: (i) systems with impurities acting as entanglement barriers, (ii) systems with competing long-range and short-range interactions transitioning from a long-range singlet to a quantum critical state, and (iii) random quantum critical systems. For the first model, we observe a plateau in the ansatz accuracy, controlled by the number of entangling gates between subsystems. This behavior is explained by iterative capture of eigenvalues in the entanglement spectrum. In the second model, combining long-range and short-range entanglement schemes yields the best overall accuracy, leading to global convergence in the entanglement spectrum. For the third model, we use an renormalization group approach to build the short- and long-range entanglement structure of the ansatz. Our comprehensive analysis provides a new perspective on the design of ans\"atze based on the expected entanglement structure of the approximated state.
- Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、ノイズの多い量子コンピュータ上での量子多体系の基底状態をシミュレートするための有望なツールである。
その効果はアンザッツに大きく依存しており、局所最小化と収束の問題を避けるためには、ノイズの多いハードウェア上でのハードウェア効率と問題固有性の両方に大きく依存する。
本稿では,特定のモデルから自然に現れるエンタングルメントインフォームドアンサツスキームについて検討し,量子回路切断などの手法を効果的に活用することを目的として,2ビットエンサグリングゲートの最小使用と精度のバランスをとることを目的とする。
準1Dハミルトニアンの3つのモデルに焦点をあてる。
一 絡み込み障壁として機能する不純物を有する制度
(ii)長距離と短距離の相互作用が競合する系が、長距離一重項から量子臨界状態へ遷移し、
(三)ランダム量子臨界系。
最初のモデルでは、サブシステム間の絡み合うゲートの数によって制御されるアンザッツ精度の台地を観測する。
この振る舞いは、絡み合いスペクトルにおける固有値の反復捕捉によって説明される。
第2のモデルでは、長距離と短距離の絡み合いのスキームを組み合わせることで、最も全体的な精度が向上し、絡み合いスペクトルのグローバル収束につながる。
3つ目のモデルでは、アンザッツの短距離および長距離の絡み合い構造を構築するために正規化群アプローチを用いる。
我々の包括的分析は、近似状態の期待エンタングルメント構造に基づいて、Ans\atzeの設計に関する新たな視点を提供する。
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