論文の概要: Efficient quantum state preparation through seniority driven operator selection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.19760v1
- Date: Mon, 28 Apr 2025 12:56:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:54.444519
- Title: Efficient quantum state preparation through seniority driven operator selection
- Title（参考訳）: 重み付き演算子選択による効率的な量子状態生成
- Authors: Dipanjali Halder, Dibyendu Mondal, Rahul Maitra,
- Abstract要約: 量子アルゴリズムは、量子デバイス上での電子状態の正確な表現を必要とする。
既存の手法は、化学精度とゲート効率の競合する要求のバランスをとるのに苦労している。
本稿では,分子の強い相関を効率的に捉えることに焦点を当てたアルゴリズムフレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum algorithms require accurate representations of electronic states on a quantum device, yet the approximation of electronic wave functions for strongly correlated systems remains a profound theoretical challenge, with existing methods struggling to balance the competing demands of chemical accuracy and gate efficiency. Moreover, a critical limitation of the most of the state-of-the-art methods developed to date lies in their substantial reliance on extensive pre-circuit measurements, which introduce significant overheads and contribute to inefficiencies in practical implementation. To address these interconnected challenges and establish a harmonious synergy between them, we propose an algorithmic framework that focuses on efficiently capturing the molecular strong correlation through an ordered set of computationally less demanding rank-one and seniority-zero excitations, yielding a parameterized ansatz with shallow gate depth. Furthermore, to achieve minimal pre-circuit measurement overhead, we implement a selective pruning of excitations through a hybrid approach that combines intuition-based selection with shallow-depth, rank-one excitations driven uni-parameter circuit optimization strategy. With the incorporation of qubit-based excitations via particle-preserving exchange circuits, we demonstrate a further reduction in quantum complexities, enhancing the overall resource efficiency of the approach. With a range of challenging applications on strongly correlated systems, we demonstrate that our dynamic ansatz not only significantly enhances computational efficiency but also delivers exceptional accuracy, robustness, and resilience to the noisy environments inherent in near-term quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムは、量子デバイス上での電子状態の正確な表現を必要とするが、強い相関を持つ系に対する電子波関数の近似は、化学精度とゲート効率の競合する要求のバランスをとるのに苦労しているため、深い理論的課題である。
さらに、これまで開発されてきた最先端の手法の限界は、大規模な回路前測定に大きく依存しているため、かなりのオーバーヘッドが発生し、実用的な実装における非効率性に寄与する。
これらの相互接続課題に対処し、それらの間の調和的な相乗効果を確立するために、計算量が少ないランク1と年長ゼロの励起の順序セットを通して分子の強い相関を効率的に捉えることに焦点を当てたアルゴリズム的枠組みを提案し、浅いゲート深さのパラメータ化アンザッツを得る。
さらに, 直観に基づく選択と浅度深度, ランクワンの励起を併用した一パラメータ回路最適化手法により, 励起の選択的プルーニングを実現する。
量子ビットベースの励起を粒子保存交換回路に組み込むことで、量子複雑性をさらに低減し、アプローチの全体的な資源効率を向上する。
強相関系における様々な挑戦的な応用により、我々の動的アンサッツは計算効率を著しく向上するだけでなく、短期量子ハードウェアに固有のノイズ環境に対して、例外的な精度、堅牢性、レジリエンスをもたらすことを示した。
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