論文の概要: Perturbative Variational Quantum Eigensolver based on Reduced Density Matrix Method
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.02340v1
- Date: Thu, 03 Apr 2025 07:20:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-04 12:56:05.964900
- Title: Perturbative Variational Quantum Eigensolver based on Reduced Density Matrix Method
- Title（参考訳）: 還元密度行列法による摂動変動量子固有解法
- Authors: Yuhan Zheng, Yibin Guo, Huili Zhang, Jie Liu, Xiongzhi Zeng, Xiaoxia Cai, Zhenyu Li, Jinlong Yang,
- Abstract要約: 摂動変動型量子固有解法(PT-VQE)を提案する。
PT-VQEは標準的なVQEよりも優れ、化学的精度が向上する。
この方法は、大規模システムの正確な量子シミュレーションのために、資源効率が高く実践的なアプローチを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.147364611056249
- License:
- Abstract: Current noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices lack the quantum resources required for practical applications. To address this, we propose the perturbative variational quantum eigensolver (PT-VQE). In PT-VQE, VQE is used to capture key correlations within a carefully selected active space, while perturbation theory efficiently incorporates interactions in the remaining space, without requiring additional qubits or circuit depth. When the VQE-optimized state closely approximates the true ground state in the active space, excitations cannot act solely in the active space, since their contributions to perturbative correction are negligible. This reduces the highest-order required RDM from 4-RDM to 3-RDM, significantly reducing computational costs. We validate PT-VQE by calculating the ground-state potential energy surfaces (PESs) of $\rm{HF}$ and $\rm{N}_2$, as well as the ground-state energy of ferrocene ($\rm{Fe(C_5H_5)_2}$). Additionally, PT-VQE is performed on a quantum computer to compute the PES of ${\rm F}_2$. The consistent results obtained from both PT-VQE with the highest 3-RDM and 4-RDM confirm the reliability of the constraint. PT-VQE significantly outperforms standard VQE, achieving chemical accuracy. This method offers a resource-efficient and practical approach for accurate quantum simulations of larger systems.
- Abstract（参考訳）: 現在のノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスは、実用化に必要な量子資源を欠いている。
そこで本研究では,摂動変動型量子固有解器(PT-VQE)を提案する。
PT-VQEでは、VQEは慎重に選択された活性空間内の重要な相関を捉えるのに使われ、摂動理論は追加の量子ビットや回路深さを必要とせず、残りの空間における相互作用を効率的に組み込む。
VQE最適化状態が活性空間の真の基底状態と密接に近似する場合、励起は摂動補正への寄与が無視されるため、活性空間でのみ作用することができない。
これにより、4-RDMから3-RDMまでの高次のRDMが削減され、計算コストが大幅に削減される。
PT-VQEは、フェロセン(C_5H_5)_2)の基底状態ポテンシャルエネルギー面(PES)を$\rm{HF}$および$\rm{N}_2$で計算し、フェロセン(C_5H_5)_2)の基底状態エネルギーを計算して検証する。
さらに、PT-VQEは量子コンピュータ上で実行され、${\rm F}_2$のPSSを計算する。
PT-VQEが最も高い3-RDMと4-RDMの両者から得られた一貫した結果により,制約の信頼性が確認された。
PT-VQEは標準的なVQEよりも優れ、化学的精度が向上する。
この方法は、大規模システムの正確な量子シミュレーションのために、資源効率が高く実践的なアプローチを提供する。
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