論文の概要: Exponential quantum speedups in quantum chemistry with linear depth

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.21041v1
• Date: Wed, 26 Mar 2025 23:15:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-28 12:50:59.485682
• Title: Exponential quantum speedups in quantum chemistry with linear depth
• Title（参考訳）: 線形深さを持つ量子化学における指数量子スピードアップ
• Authors: Oskar Leimkuhler, K. Birgitta Whaley,
• Abstract要約: 我々は、フェルミオン魔法状態入力でマッチゲート回路を保持する粒子数との接続を証明した。 この結果は、短期量子ハードウェア用に設計された量子マルチ参照手法に適用する。 本稿では,短期ハードウェア上での量子化学における指数的量子優位性の実現について論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We prove classical simulation hardness, under the generalized $\mathsf{P}\neq\mathsf{NP}$ conjecture, for quantum circuit families with applications in near-term quantum chemical ground state estimation. The proof exploits a connection to particle number conserving matchgate circuits with fermionic magic state inputs, which are shown to be universal for quantum computation under post-selection, and are therefore not classically simulable in the worst case, in either the strong (multiplicative) or weak (sampling) sense. We apply this result to quantum multi-reference methods designed for near-term quantum hardware by ruling out certain dequantization strategies for computing the off-diagonal matrix elements. We demonstrate these quantum speedups for two choices of reference state that incorporate both static and dynamic correlations to model the electronic eigenstates of molecular systems: orbital-rotated matrix product states, which are preparable in linear depth, and unitary coupled-cluster with single and double excitations. In each case we discuss the implications for achieving exponential quantum advantage in quantum chemistry on near-term hardware.
• Abstract（参考訳）: 我々は、量子回路系に対する一般化された$\mathsf{P}\neq\mathsf{NP}$予想の下で、古典的なシミュレーションの硬さを証明する。 この証明は、マッチゲート回路をフェルミオン魔法の状態入力で保存する粒子数との接続を利用しており、これは選択後の量子計算では普遍的であり、したがって、強い(多重)または弱い(サンプリング)意味では、最悪の場合、古典的にはシミュレートできない。 この結果は、近距離量子ハードウェア用に設計された量子多参照手法に適用し、オフ対角行列要素を計算するための特定の定式化戦略を除外する。 分子系の電子固有状態をモデル化するために静的相関と動的相関を組み込んだ2つの参照状態の量子スピードアップを示す。 いずれの場合も、短期ハードウェア上での量子化学における指数的量子優位性の実現の意味について論じる。

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