論文の概要: Excited-CAFQA: A classical simulation bootstrap for the variational estimation of molecular excited states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.20588v1
• Date: Wed, 24 Sep 2025 22:01:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-26 20:58:12.604438
• Title: Excited-CAFQA: A classical simulation bootstrap for the variational estimation of molecular excited states
• Title（参考訳）: Excited-CAFQA:分子励起状態の変動推定のための古典的シミュレーションブートストラップ
• Authors: Bikrant Bhattacharyya, Gokul Ravi,
• Abstract要約: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、現在の量子デバイスの実装に適した反復アルゴリズムである。 CAFQAプロトコルは、状態空間全体の古典的にシミュレート可能なサブセットを通して離散的な検索を実行する。 Excited-CAFQAは、H2およびHeH+分子系の様々な結合長および励起状態に対して90から99%の精度を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Variational Quantum Algorithms (VQAs) are iterative algorithms suited to implementation on current-era quantum devices. VQAs employ classical optimization to minimize cost functions evaluated on quantum circuits. However, the extent to which VQAs manage noise is often insufficient for quantum chemistry applications. One method of improving VQAs is through accurate ansatz initialization. The CAFQA (Clifford Ansatz For Quantum Accuracy) protocol runs a discrete search through a classically simulatable subset of the entire state space to find a desirable initialization. Prior work has evaluated CAFQA applied to the Variational Quantum Eigensolver (VQE), a VQA that computes grounds states of a Hamiltonian. Motivated by CAFQA's success, we propose Excited-CAFQA initialization for Variational Quantum Deflation (VQD), a quantum algorithm that extends VQE by allowing the computation of excited states. VQD recursively computes excited states, by constraining the kth state to be orthogonal to the previous k-1 computed energy states via a penalty term appended to the standard VQE cost function. Just as with VQE, the VQD cost function can be efficiently computed classically for the states considered in the discrete CAFQA search, allowing for the discrete CAFQA optimizer to find good initial parameters for each energy level computation. Preliminary evaluation shows that Excited-CAFQA achieves 90 to 99+% accuracy across a variety of bond lengths and excited states for H2 and HeH+ molecular systems.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズム(VQA)は、現在の量子デバイスの実装に適した反復アルゴリズムである。 VQAsは量子回路で評価されたコスト関数を最小限にするために古典的な最適化を用いる。 しかしながら、VQAsがノイズを管理する範囲は、しばしば量子化学の応用には不十分である。 VQAを改善する方法のひとつに、正確なアンザッツ初期化がある。 CAFQA (Clifford Ansatz For Quantum Accuracy) プロトコルは、状態空間全体の古典的にシミュレート可能なサブセットを通して離散的なサーチを実行し、望ましい初期化を求める。 これまでの研究は、ハミルトンの基底状態を計算するVQAである変分量子固有解器(VQE)に適用されたCAFQAを評価してきた。 CAFQAの成功に触発されて、我々は、励起状態の計算を可能にしてVQEを拡張する量子アルゴリズムである変分量子デフレ(VQD)のExcited-CAFQA初期化を提案する。 VQDは励起状態を再帰的に計算し、標準のVQEコスト関数に付加されるペナルティ項を介して、kth状態が以前のk-1計算エネルギー状態に直交することを制約する。 VQEと同様に、VQDコスト関数は離散CAFQA探索で考慮された状態に対して古典的に効率よく計算することができ、離散CAFQAオプティマイザは各エネルギーレベルの計算に対して良い初期パラメータを見つけることができる。 予備評価では、Excited-CAFQAは、H2およびHH+分子系の様々な結合長および励起状態において90から99%の精度で達成されている。

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