論文の概要: Operator Commutativity Screening and Progressive Operator Block Reordering toward Many-body Inspired Quantum State Preparation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15806v1
- Date: Fri, 17 Oct 2025 16:36:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-20 20:17:34.715724
- Title: Operator Commutativity Screening and Progressive Operator Block Reordering toward Many-body Inspired Quantum State Preparation
- Title（参考訳）: 多体インスパイアされた量子状態形成に向けた演算子可換性スクリーニングとプログレッシブ演算子ブロック再構成
- Authors: Dibyendu Mondal, Debaarjun Mukherjee, Rahul Maitra,
- Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、分子エネルギーと性質を決定するために非常に有望なアプローチとして登場した。
支配的演算子ブロックを初期同定する系統的動的アンサッツ構築戦略を提案する。
本研究では, このプログレッシブ演算子ブロック付加方式により, 局所トラップを効率よく回避しつつ, パラメータが著しく少ない精度のエネルギーが得られることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In the field of quantum chemistry, the variational quantum eigensolver (VQE) has emerged as a highly promising approach to determine molecular energies and properties within the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era. The central challenges of this approach lie in the design of an expressive ansatz capable of representing the exact ground state wavefunction while concurrently being efficient to avoid numerical instabilities during the classical optimization. Owing to the constraints of current quantum hardware, the ansatz must remain sufficiently compact while retaining the flexibility to capture essential correlation effects. To address these challenges, we propose a systematic dynamic ansatz construction strategy in which the dominant operator blocks are initially identified through commutativity screening, combined with an energy sorting criteria. Subsequently, the ansatz is progressively expanded in a stepwise manner via iterative operator block reordering. To minimize the overhead, the higher order correlation terms are incorporated via reduced lower-body tensor factorization in each operator block, while the adaptive construction strategy ensures that the optimization is guided along the optimal trajectory to mitigate potential numerical instabilities due to the presence of local traps. Benchmark applications to various molecular systems demonstrate that this strategy of progressive operator-block addition achieves accurate energetics with significantly fewer parameters while efficiently bypassing local traps. Moreover, in strongly correlated regions, such as bond dissociation, the method successfully reproduces the ground state, where other contemporary approaches often fail.
- Abstract（参考訳）: 量子化学の分野において、変分量子固有解法(VQE)は、ノイズのある中間スケール量子(NISQ)時代の分子エネルギーと性質を決定するための非常に有望なアプローチとして登場した。
このアプローチの中心的な課題は、古典的な最適化の際の数値的不安定性を回避するために、正確な基底状態の波動関数を表現できる表現的アンザッツの設計にある。
現在の量子ハードウェアの制約のため、アンザッツは十分なコンパクトさを維持しながら、重要な相関効果を捉える柔軟性を保持する必要がある。
これらの課題に対処するために,代用演算子ブロックを可換性スクリーニングにより初期同定し,エネルギーのソート基準と組み合わせた系統的動的アンサッツ構築戦略を提案する。
その後、アンザッツは、反復演算ブロック再順序付けにより段階的に段階的に拡張される。
オーバヘッドを最小化するために、各演算子ブロックの低体テンソル因子化による高次相関項が組み込まれ、適応的な構成戦略により、最適化が最適軌道に沿って誘導され、局所トラップの存在による潜在的な数値不安定を緩和する。
様々な分子系へのベンチマークの適用により、プログレッシブ演算子ブロック付加のこの戦略は、局所トラップを効率よくバイパスしつつ、パラメータを著しく少なくして正確なエネルギーを得ることを示した。
さらに、結合解離のような強い相関領域では、この方法は基底状態の再現に成功し、他の現代的なアプローチがしばしば失敗する。
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