論文の概要: Parallelized Givens Ansatz for Molecular ground-states: Bridging Accuracy and Efficiency on NISQ Platforms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.18264v1
• Date: Fri, 25 Apr 2025 11:19:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-02 19:15:53.751287
• Title: Parallelized Givens Ansatz for Molecular ground-states: Bridging Accuracy and Efficiency on NISQ Platforms
• Title（参考訳）: 分子基底状態の並列化によるアンザッツ:NISQプラットフォームにおけるブリッジ精度と効率性
• Authors: M. R. Nirmal, Ankit Khandelwal, Manoj Nambiar, Sharma S. R. K. C. Yamijala,
• Abstract要約: 変分量子固有解器(VQE)の効用は、しばしば現在の量子ハードウェアの限界によって妨げられる。 本稿では,並列化されたアジェンド回転に基づく低深度アンサッツを提案する。 新しいアンザッツを用いたノイズレスシミュレーションでは、UCCSDアンザッツと同等の基底状態エネルギーが得られる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.562278615096215
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: In recent years, the Variational Quantum Eigensolver (VQE) has emerged as one of the most popular algorithms for solving the electronic structure problem on near-term quantum computers. The utility of VQE is often hindered by the limitations of current quantum hardware, including short qubit coherence times and low gate fidelities. These limitations become particularly pronounced when VQE is used along with deep quantum circuits, such as those required by the "Unitary Coupled Cluster Singles and Doubles" (UCCSD) ansatz, often resulting in significant errors. To address these issues, we propose a low-depth ansatz based on parallelized Givens rotations, which can recover substantial correlation energy while drastically reducing circuit depth and two-qubit gate counts for an arbitrary active space (AS). Also, considering the current hardware architectures with low qubit counts, we introduce a systematic way to select molecular orbitals to define active spaces (ASs) that retain significant electron correlation. We validate our approach by computing bond dissociation profiles of water and strongly correlated systems, such as molecular nitrogen and oxygen, across various ASs. Noiseless simulations using the new ansatz yield ground-state energies comparable to those from the UCCSD ansatz while reducing circuit depth by 50-70%. Moreover, in noisy simulations, our approach achieves energy error rates an order of magnitude lower than that of UCCSD. Considering the efficiency and practical usage of our ansatz, we hope that it becomes a potential choice for performing quantum chemistry calculations on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 近年、変分量子固有解法(VQE)は、短期量子コンピュータにおける電子構造問題の解法として最も一般的なアルゴリズムの1つである。 VQEの効用は、しばしば、短い量子ビットコヒーレンス時間や低いゲート忠実度を含む、現在の量子ハードウェアの限界によって妨げられる。 これらの制限は、VQEが深い量子回路と共に使われるときに特に顕著になり、例えば"Unitary Coupled Cluster Singles and Doubles" (UCCSD) アンサッツで要求されるような場合、しばしば重大なエラーが発生する。 これらの問題に対処するために,回路深さと任意のアクティブ空間(AS)に対する2ビットゲート数を大幅に削減しながら,相当な相関エネルギーを回復できる並列化アジェンド回転に基づく低深さアンサッツを提案する。 また、量子ビット数が少ない現在のハードウェアアーキテクチャを考えると、重要な電子相関を保持する活性空間(AS)を定義するために分子軌道を選択する体系的な方法を導入する。 分子性窒素や酸素などの強い相関系の結合解離プロファイルを様々なASで計算し,本手法の有効性を検証した。 新たなアンザッツを用いたノイズレスシミュレーションでは、UCCSDアンザッツに匹敵する基底状態エネルギーが得られ、回路深さは50-70%減少する。 さらに,ノイズシミュレーションでは,UCCSDよりもエネルギー誤差率が桁違いに低い。 アンザッツの効率性と実用性を考えると、近い将来の量子デバイス上で量子化学計算を行うための潜在的選択肢になることを願っている。

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