論文の概要: Excitation Amplitude Sampling for Low Variance Electronic Structure on Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.15438v1
• Date: Wed, 18 Jun 2025 13:13:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-19 19:35:51.668148
• Title: Excitation Amplitude Sampling for Low Variance Electronic Structure on Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける低可変電子構造の励起振幅サンプリング
• Authors: Connor Lenihan, Oliver J. Backhouse, Tom W. A. Montgomery, Phalgun Lolur, M. J. Bhaseen, George H. Booth,
• Abstract要約: 我々は古典的エネルギー学と部分影トモグラフィーを組み合わせることで、量子デバイス上に符号化された相関したabinitio電子系から情報を抽出する効率的なプロトコルを実現する。 所与の量子状態励起振幅に対する所要ショット数の約2桁の減少を示すことができる。 実量子デバイス上でのこれらの推定器の耐雑音性は、従来の手法に比べて最大で1桁高い。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We combine classical heuristics with partial shadow tomography to enable efficient protocols for extracting information from correlated ab initio electronic systems encoded on quantum devices. By proposing the use of a correlation energy functional and sampling of a polynomial set of excitation amplitudes of the quantum state, we can demonstrate an almost two order of magnitude reduction in required number of shots for a given statistical error in the energy estimate, as well as observing a linear scaling to accessible system sizes. Furthermore, we find a high-degree of noise resilience of these estimators on real quantum devices, with up to an order of magnitude increase in the tolerated noise compared to traditional techniques. While these approaches are expected to break down asymptotically, we find strong evidence that these large system arguments do not prevent algorithmic advantage from these simple protocols in many systems of interest. We further extend this to consider the extraction of beyond-energetic properties by mapping to a coupled cluster surrogate model, as well as a natural combination within a quantum embedding framework. This embedding framework avoids the unstable self-consistent requirements of previous approaches, enabling application of quantum solvers to realistic correlated materials science, where we demonstrate the volume-dependence of the spin gap of Nickel Oxide.
• Abstract（参考訳）: 我々は古典的ヒューリスティックスと部分影トモグラフィーを組み合わせることで、量子デバイスに符号化された相関型abinitio電子システムから情報を抽出する効率的なプロトコルを実現する。 相関エネルギー関数を用いて量子状態の励起振幅の多項式集合をサンプリングすることにより、エネルギー推定における所定の統計誤差に対する所要ショット数の約2桁の削減と、アクセス可能なシステムサイズへの線形スケーリングを観測することができる。 さらに、実量子デバイス上でのこれらの推定器の耐雑音性は、従来の手法に比べて最大で1桁高い。 これらのアプローチは漸近的に分解されることが期待されているが、これらの大規模システム引数が、多くの興味あるシステムにおいて、これらの単純なプロトコルのアルゴリズム的優位性を妨げないという強い証拠が得られている。 さらにこれを拡張して、結合クラスタサロゲートモデルにマッピングすることで、余剰エネルギー特性の抽出や、量子埋め込みフレームワーク内の自然な組み合わせについても検討する。 この埋め込みフレームワークは、従来のアプローチの不安定な自己整合性要件を回避し、量子ソルバの現実的な相関物質科学への応用を可能にし、酸化ニッケルのスピンギャップの体積依存性を実証する。

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