論文の概要: Weighted Approximate Quantum Natural Gradient for Variational Quantum Eigensolver

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.04932v1
• Date: Mon, 07 Apr 2025 11:18:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-15 20:24:19.559475
• Title: Weighted Approximate Quantum Natural Gradient for Variational Quantum Eigensolver
• Title（参考訳）: 変量量子固有解法のための重み付き近似量子自然勾配
• Authors: Chenyu Shi, Vedran Dunjko, Hao Wang,
• Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、近距離量子デバイスを用いた最も顕著なアルゴリズムの1つである。 そこで本研究では,局所ハミルトニアンの$kを前提とした重み付き近似量子自然勾配法(WA-QNG)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.873113584103881
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Variational quantum eigensolver (VQE) is one of the most prominent algorithms using near-term quantum devices, designed to find the ground state of a Hamiltonian. In VQE, a classical optimizer iteratively updates the parameters in the quantum circuit. Among various optimization methods, quantum natural gradient descent (QNG) stands out as a promising optimization approach for VQE. However, standard QNG only leverages the quantum Fisher information of the entire system and treats each subsystem equally in the optimization process, without accounting for the different weights and contributions of each subsystem corresponding to each observable. To address this limitation, we propose a Weighted Approximate Quantum Natural Gradient (WA-QNG) method tailored for $k$-local Hamiltonians. In this paper, we theoretically analyze the potential advantages of WA-QNG compared to QNG from three distinct perspectives and reveal its connection with the Gauss-Newton method. We also show it outperforms standard quantum natural gradient descent in the numerical experiments for seeking the ground state of the Hamiltonian.
• Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、ハミルトンの基底状態を見つけるために設計された、短期量子デバイスを用いた最も顕著なアルゴリズムの1つである。 VQEでは、古典的なオプティマイザが量子回路のパラメータを反復的に更新する。 様々な最適化手法の中で、量子自然勾配降下(QNG)はVQEの有望な最適化手法として注目されている。 しかし、標準QNGは、システム全体の量子フィッシャー情報のみを利用し、各サブシステムの重みや寄与を考慮せずに、最適化プロセスにおいて各サブシステムを等しく扱う。 この制限に対処するために、k$-local Hamiltonians に適した重み付き近似量子自然勾配法(WA-QNG)を提案する。 本稿では,3つの異なる視点からWA-QNGの利点を理論的に分析し,ガウス・ニュートン法との関係を明らかにする。 また、ハミルトニアン基底状態を求める数値実験において、標準量子勾配降下よりも優れていることを示す。

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