論文の概要: High-precision Quantum Phase Estimation on a Trapped-ion Quantum Computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17207v1
• Date: Fri, 20 Jun 2025 17:55:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.584012
• Title: High-precision Quantum Phase Estimation on a Trapped-ion Quantum Computer
• Title（参考訳）: トラップイオン量子コンピュータによる高精度量子位相推定
• Authors: Andrew Tranter, Duncan Gowland, Kentaro Yamamoto, Michelle Sze, David Muñoz Ramo,
• Abstract要約: マルチアンシラ量子位相推定を用いたベンチマーク手法を提案する。 我々は、読み出しレジスタのキュービット数に比例して、ゲート数で2次スケールする回路を生成する。 これにより、多くの量子ビットに作用する量子化学回路の実行が可能となり、ショット数に制限のある有意義な結果が得られる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Emergent quantum computing technologies are widely expected to provide novel approaches in the simulation of quantum chemistry. Despite rapid improvements in the scale and fidelity of quantum computers, high resource requirements make the execution of quantum chemistry experiments challenging. Typical experiments are limited in the number of qubits used, incur a substantial shot cost, or require complex architecture-specific optimization and error mitigation techniques. In this paper, we propose a conceptually simple benchmarking approach involving the use of multi-ancilla quantum phase estimation. Our approach is restricted to very small chemical systems, and does not scale favorably beyond molecular systems that can be described with $2$ qubits; however, this restriction allows us to generate circuits that scale quadratically in gate count with the number of qubits in the readout register. This enables the execution of quantum chemistry circuits that act on many qubits, while producing meaningful results with limited shot counts. We use this technique (with $200$ shots per experiment) to calculate the ground state energy of molecular hydrogen to $50$ bits of precision ($8.9 \times 10^{-16}$ hartree) on a $56$-qubit trapped-ion quantum computer, negating Trotter error. Including Trotter error, we obtain between $32$ and $36$ bits of precision ($1.5 * 10^{-10}$ and $6.0 * 10^{-11}$ hartree respectively), vastly exceeding chemical accuracy ($1.6 * 10^{-3}$ hartree) against Full Configuration Interaction. We consider application of the approach to deeper circuits, and discuss potential as a benchmark task for near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 創発的な量子コンピューティング技術は、量子化学のシミュレーションにおいて新しいアプローチを提供すると広く期待されている。 量子コンピュータのスケールと忠実度が急速に向上したにもかかわらず、高いリソース要求は量子化学実験の実行を困難にしている。 典型的な実験は、使用する量子ビットの数に制限され、かなりのショットコストを発生させるか、複雑なアーキテクチャ固有の最適化とエラー軽減技術を必要とする。 本稿では,マルチアンシラ量子位相推定を応用した,概念的にシンプルなベンチマーク手法を提案する。 我々のアプローチは、非常に小さな化学系に限られていて、2ドルキュービットで説明できる分子系を超えてはスケールしないが、この制限により、リードアウトレジスタのキュービット数とゲート数で2次スケールする回路を生成することができる。 これにより、多くの量子ビットに作用する量子化学回路の実行が可能となり、ショット数に制限のある有意義な結果が得られる。 我々はこの技術(実験1回あたり200ドルショット)を用いて、トロッター誤差を否定する56ドルの量子コンピュータ上で、水素分子の基底状態エネルギーを50$の精度で計算する(8.9 \times 10^{-16}$ hartree)。 トロッター誤差を含むと、それぞれ$32$と$36$の精度 (1.5 * 10^{-10}$) と$6.0 * 10^{-11}$ hartree (1.6 * 10^{-3}$ hartree) が得られ、フル構成相互作用に対する化学的精度 (1.6 * 10^{-3}$ hartree) を大きく超える。 より深い回路へのアプローチの適用を検討し、短期量子デバイスのベンチマークタスクとしての可能性について議論する。

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