論文の概要: Hardness of classically sampling quantum chemistry circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.12893v1
- Date: Thu, 17 Apr 2025 12:34:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-18 14:36:19.396109
- Title: Hardness of classically sampling quantum chemistry circuits
- Title（参考訳）: 古典的サンプリング量子化学回路の硬さ
- Authors: Ayoub Hafid, Hokuto Iwakiri, Kento Tsubouchi, Nobuyuki Yoshioka, Masaya Kohda,
- Abstract要約: 我々は、化学と物理学に関連するタスクにおける量子上の優位性に対処するために、その範囲を広げる。
ユニタリクラスタJastrow (UCJ) アンサッツのクラスを任意の量子時間計算に利用できることを示す。
我々の実証は、UCJの最悪の非単純さであり、化学と物理学の量子アルゴリズムにおける量子的優位性を示唆する可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Significant advances have been made in the study of quantum advantage both in theory and experiment, although these have mostly been limited to artificial setups. In this work, we extend the scope to address quantum advantage in tasks relevant to chemistry and physics. Specifically, we consider the unitary cluster Jastrow (UCJ) ansatz-a variant of the unitary coupled cluster ansatz, which is widely used to solve the electronic structure problem on quantum computers-to show that sampling from the output distributions of quantum circuits implementing the UCJ ansatz is likely to be classically hard. More specifically, we show that there exist UCJ circuits for which classical simulation of sampling cannot be performed in polynomial time, under a reasonable complexity-theoretical assumption that the polynomial hierarchy does not collapse. Our main contribution is to show that a class of UCJ circuits can be used to perform arbitrary instantaneous quantum polynomial-time (IQP) computations, which are already known to be classically hard to simulate under the same complexity assumption. As a side result, we also show that UCJ equipped with post-selection can generate the class post-BQP. Our demonstration, worst-case nonsimulatability of UCJ, would potentially imply quantum advantage in quantum algorithms for chemistry and physics using unitary coupled cluster type ansatzes, such as the variational quantum eigensolver and quantum-selected configuration interaction.
- Abstract（参考訳）: 理論と実験の両方において量子優位性の研究において重要な進歩がなされているが、それらは主に人工的な装置に限られている。
この研究では、化学や物理学に関連するタスクにおいて、量子上の優位性に対処するために、範囲を広げる。
具体的には、ユニタリクラスタジャストロウ(UCJ)アンサッツ-量子コンピュータ上の電子構造問題の解法として広く用いられているユニタリクラスタジャストロウ(UCJ)アンサッツの変種を考え、UCJアンサッツを実装する量子回路の出力分布からのサンプリングが古典的に困難であることを示す。
より具体的には、多項式階層が崩壊しないという合理的な複雑性理論的仮定の下で、サンプリングの古典的なシミュレーションを多項式時間で実行できないUCJ回路が存在することを示す。
我々の主な貢献は、UCJ回路のクラスが任意の瞬時量子多項式時間(IQP)計算に利用できることを示すことである。
その結果,ポストセレクションを備えたUCJが,BQPのクラスを生成できることが示唆された。
我々の実証は、UCJの最悪の非シミュラビリティであり、変分量子固有解法や量子選択構成相互作用のような一元結合クラスタ型アンサーゼを用いた化学と物理学の量子アルゴリズムにおいて、潜在的に量子的優位性を示唆している。
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