論文の概要: Quantum Error-Corrected Computation of Molecular Energies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.09133v1
• Date: Wed, 14 May 2025 04:34:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-15 21:44:09.375337
• Title: Quantum Error-Corrected Computation of Molecular Energies
• Title（参考訳）: 分子エネルギーの量子誤差補正計算
• Authors: Kentaro Yamamoto, Yuta Kikuchi, David Amaro, Ben Criger, Silas Dilkes, Ciarán Ryan-Anderson, Andrew Tranter, Joan M. Dreiling, Dan Gresh, Cameron Foltz, Michael Mills, Steven A. Moses, Peter E. Siegfried, Maxwell D. Urmey, Justin J. Burau, Aaron Hankin, Dominic Lucchetti, John P. Gaebler, Natalie C. Brown, Brian Neyenhuis, David Muñoz Ramo,
• Abstract要約: 本稿では、量子計算のための量子誤り補正(QEC)を用いたエンドツーエンドパイプラインの最初のデモンストレーションを示す。 我々は[7,1,3]のカラーコードでエンコードされた量子ビット上の量子位相推定(QPE)を用いて、水素分子の基底状態エネルギーを計算する。 我々は,実時間誤差補正のためのSteane QECガジェットを統合し,精度の向上を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3365108537775411
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present the first demonstration of an end-to-end pipeline with quantum error correction (QEC) for a quantum computation of the electronic structure of molecular systems. Using Quantinuum H2-2, we calculate the ground-state energy of molecular hydrogen, using quantum phase estimation (QPE) on qubits encoded with the $[[7,1,3]]$ color code. To improve on the performance of the logical compilation of the QPE circuits into the Clifford+$T$ gate set, we introduce several partially fault-tolerant (FT) techniques for the Clifford+$R_{Z}$ (arbitrary-angle single-qubit rotation) gate set. To enhance computational fidelity, we integrate Steane QEC gadgets for real-time error correction, demonstrating measurable improvements in precision. The circuits used contain 22 qubits, and up to 2185 physical two-qubit gates and $760$ mid-circuit measurements. We observe that adding QEC gadgets in the middle of circuits improves the QPE circuits' performance despite the complexity of the extra QEC circuitry. The energy $E$ is experimentally estimated to within $E - E_{\mathrm{FCI}} = 0.018(10)$ hartree, where $E_{\mathrm{FCI}}$ denotes the exact ground state energy within the given basis set. Additionally, we conduct numerical simulations with tunable noise parameters to identify the dominant sources of noise. We find that orienting the QEC protocols towards higher memory noise protection is the most promising avenue to improve our experimental results.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、分子系の電子構造を量子計算するための量子誤り補正(QEC)を用いたエンドツーエンドパイプラインの最初のデモンストレーションを示す。 The Quantinuum H2-2, we calculated the ground-state energy of molecular hydrogen, using quantum phase estimation (QPE) on qubits encoded by the $[[7,1,3]$ color code。 Clifford+$T$ゲートセットへのQPE回路の論理的コンパイル性能を改善するために,Clifford+$R_{Z}$(任意角単量子回転)ゲートセットに対して,一部耐故障性(FT)技術を導入する。 計算精度を向上させるため,実時間誤差補正のためのSteane QECガジェットを統合し,精度の向上を実証した。 使用した回路は22キュービット、2185個の物理2キュービットゲートと760ドルのミッド・サーキット計測を含んでいる。 回路の中央にQECガジェットを追加すると、余分なQEC回路の複雑さにもかかわらずQPE回路の性能が向上する。 エネルギー$E$は実験的に$E - E_{\mathrm{FCI}} = 0.018(10)$ hartreeと推定され、$E_{\mathrm{FCI}}$は与えられた基底集合内の正確な基底状態エネルギーを表す。 さらに,音の主成分を特定するために,可変雑音パラメータを用いた数値シミュレーションを行う。 我々は、QECプロトコルを高いメモリノイズ保護に向けることが、実験結果を改善する最も有望な方法であることがわかった。

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