論文の概要: Efficient Quantum Chemistry Calculations on Noisy Quantum Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.02778v1
- Date: Tue, 04 Mar 2025 16:51:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-05 19:17:11.919669
- Title: Efficient Quantum Chemistry Calculations on Noisy Quantum Hardware
- Title（参考訳）: ノイズ量子ハードウェアによる効率的な量子化学計算
- Authors: Nora Bauer, Kübra Yeter-Aydeniz, George Siopsis,
- Abstract要約: 本稿では,量子化学計算のためのハードウェア効率の最適化手法を提案する。
最適化されたSQD (SQDOpt) アルゴリズムは,古典的なダビッドソン法と付加的なマルチバス計測を組み合わせた手法である。
ランタイムスケーリングは、量子ハードウェア上のSQDOptが古典的な最先端の手法と競合していることを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: We present a hardware-efficient optimization scheme for quantum chemistry calculations, utilizing the Sampled Quantum Diagonalization (SQD) method. Our algorithm, optimized SQD (SQDOpt), combines the classical Davidson method technique with added multi-basis measurements to optimize a quantum Ansatz on hardware using a fixed number of measurements per optimization step. This addresses the key challenge associated with other quantum chemistry optimization protocols, namely Variational Quantum Eigensolver (VQE), which must measure in hundreds to thousands of bases to estimate energy on hardware, even for molecules with less than 20 qubits. Numerical results for various molecules, including hydrogen chains, water, and methane, demonstrate the efficacy of our method compared to classical and quantum variational approaches, and we confirm the performance on the IBM-Cleveland quantum hardware, where we find instances where SQDOpt either matches or exceeds the solution quality of noiseless VQE. A runtime scaling indicates that SQDOpt on quantum hardware is competitive with classical state-of-the-art methods, with a crossover point of 1.5 seconds/iteration for the SQDOpt on quantum hardware and classically simulated VQE with the 20-qubit H$_{12}$ molecule. Our findings suggest that the proposed SQDOpt framework offers a scalable and robust pathway for quantum chemistry simulations on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,サンプリング量子対角化法(SQD)を用いて,量子化学計算のためのハードウェア効率の最適化手法を提案する。
最適化されたSQD (SQDOpt) アルゴリズムは,古典的なダビッドソン法と付加的なマルチベーシ測定を組み合わせ,最適化ステップ毎に一定数の計測値を用いてハードウェア上の量子アンザッツを最適化する。
これは、他の量子化学最適化プロトコル、すなわち変量量子固有解法(VQE)に関連する重要な課題に対処する。
水素鎖, 水, メタンなどの様々な分子に対する数値計算の結果, 古典的および量子的変動法と比較して, 提案手法の有効性を実証し, IBM-Cleveland量子ハードウェアの性能を確認した。
ランタイムスケーリングは、量子ハードウェア上のSQDOptが古典的最先端の手法と競合し、量子ハードウェア上のSQDOptと20量子ビットのH$_{12}$分子で古典的にシミュレートされたVQEとの交差点が1.5秒/イテレーションであることを示している。
提案するSQDOptフレームワークは,ノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイス上での量子化学シミュレーションにおいて,スケーラブルで堅牢な経路を提供する。
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