論文の概要: Enhancing Chemistry on Quantum Computers with Fermionic Linear Optical Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.12416v2
- Date: Wed, 19 Nov 2025 16:48:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-20 15:51:28.42348
- Title: Enhancing Chemistry on Quantum Computers with Fermionic Linear Optical Simulation
- Title（参考訳）: フェルミオン線形光学シミュレーションによる量子コンピュータの化学強化
- Authors: Zack Hassman, Oliver Reardon-Smith, Gokul Subramanian Ravi, Frederic T. Chong, Kevin J. Sung,
- Abstract要約: 我々は,化学応用に適した量子回路シミュレータを提示し,オープンソース化した。
我々のシミュレーターは、受動フェルミオン線形光学素子と制御相ゲートを含む回路から得られたサンプルのボルンルール確率を計算することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.7065118141722455
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present and open source a quantum circuit simulator tailored to chemistry applications. More specifically, our simulator can compute the Born-rule probabilities of samples obtained from circuits containing passive fermionic linear optical elements and controlled-phase gates. We support both approximate and exact calculation of probabilities, and for approximate probability calculation, our simulator's runtime is exponential only in the magnitudes of the circuit's controlled-phase gate angles. This makes our simulator useful for simulating certain systems that are beyond the reach of conventional state vector methods. We demonstrate our simulator's utility by simulating the local cluster unitary Jastrow (LUCJ) ansatz and integrating it with sample-based quantum diagonalization (SQD) to improve the accuracy of molecular ground-state energy estimates. Applied to a 52-qubit $N_2$ system, we observe accuracy improvements of up to $46\%$ over the baseline SQD implementation with negligible computational overhead. More generally, we highlight a regime in which our simulator achieves substantially superior latency scaling and exponentially superior memory scaling over a tensor network simulator and a state vector simulator. As an efficient and flexible tool for simulating quantum chemistry circuits, our simulator enables new opportunities for enhancing near-term quantum algorithms in chemistry and related domains.
- Abstract（参考訳）: 我々は,化学応用に適した量子回路シミュレータを提示し,オープンソース化した。
具体的には、受動フェルミオン線形光学素子と制御相ゲートを含む回路から得られたサンプルのボルンルール確率を計算することができる。
我々は、確率の近似計算と正確な計算の両方をサポートし、近似確率計算では、回路の制御位相ゲート角の大きさでのみ、シミュレータのランタイムは指数関数的である。
これにより,本シミュレータは,従来の状態ベクトル法の範囲を超えているシステムのシミュレーションに有用である。
局所クラスタ・ユニタリ・ジャストロウ・アンサッツ(LUCJ)をシミュレートし、サンプルベース量子対角化(SQD)と統合することにより、分子基底状態エネルギー推定の精度を向上させることで、シミュレータの有用性を実証する。
52-qubitの$N_2$システムに適用すると,ベースラインのSQD実装よりも最大4,6\%の精度向上を無視できる計算オーバーヘッドで観測できる。
より一般的には、テンソルネットワークシミュレータと状態ベクトルシミュレータよりもはるかに優れたレイテンシスケーリングと指数関数的に優れたメモリスケーリングを実現している状況を強調します。
量子化学回路をシミュレーションするための効率的で柔軟なツールとして、我々のシミュレーターは、化学および関連する領域における短期量子アルゴリズムを拡張するための新たな機会を提供する。
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