論文の概要: Strategies for Overcoming Gradient Troughs in the ADAPT-VQE Algorithm

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.25004v1
• Date: Wed, 31 Dec 2025 17:52:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.731246
• Title: Strategies for Overcoming Gradient Troughs in the ADAPT-VQE Algorithm
• Title（参考訳）: ADAPT-VQEアルゴリズムにおける勾配トラフの克服方策
• Authors: Jonas Stadelmann, Julian Übelher, Mafalda Ramôa, Bharath Sambasivam, Edwin Barnes, Sophia E. Economou,
• Abstract要約: ADAPT-VQE(ADAPT-VQE)は、量子固有解法である。 ADAPT-VQEは他のVQEの欠点の多くを避ける。 時として勾配トラフと呼ばれる現象によって妨げられることがある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3135750017147134
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The adaptive derivative-assembled problem-tailored variational quantum eigensolver (ADAPT-VQE) provides a promising approach for simulating highly correlated quantum systems on quantum devices, as it strikes a balance between hardware efficiency, trainability, and accuracy. Although ADAPT-VQE avoids many of the shortcomings of other VQEs, it is sometimes hindered by a phenomenon known as gradient troughs. This refers to a non-monotonic convergence of the gradients, which may become very small even though the minimum energy has not been reached. This results in difficulties finding the right operators to add to the ansatz, due to the limited number of shots and statistical uncertainties, leading to stagnation in the circuit structure optimization. In this paper, we propose ways to detect and mitigate this phenomenon. Leveraging the non-commutative algebra of the ansatz, we develop heuristics for determining where to insert new operators into the circuit. We find that gradient troughs are more likely to arise when the same locations are used repeatedly for new operator insertions. Our novel protocols, which add new operators in different ansatz positions, allow us to escape gradient troughs and thereby lower the measurement cost of the algorithm. This approach achieves an effective balance between cost and efficiency, leading to faster convergence without compromising the low circuit depth and gate count of ADAPT-VQE.
• Abstract（参考訳）: 適応型微分整合型変分量子固有解器(ADAPT-VQE)は、ハードウェア効率、トレーニング容易性、精度のバランスをとるため、量子デバイス上で高相関の量子システムをシミュレートするための有望なアプローチを提供する。 ADAPT-VQEは他のVQEの欠点の多くを回避しているが、勾配トラフと呼ばれる現象によって妨げられることがある。 これは勾配の非単調収束を意味し、最小エネルギーが到達していないにもかかわらず非常に小さくなる可能性がある。 これにより、アンザッツに適切な演算子を加えるのが困難となり、ショットの数や統計的不確実性が制限され、回路構造最適化が停滞する。 本稿では,この現象を検出し緩和する方法を提案する。 アンザッツの非可換代数を利用して、新しい演算子を回路に挿入する場所を決定するヒューリスティックスを開発する。 新たな演算子挿入に同じ位置が繰り返し使用される場合,勾配トラフが生じる可能性が示唆された。 異なるアンサッツ位置で新たな演算子を追加する新しいプロトコルにより、勾配トラフを回避し、アルゴリズムの測定コストを低減できる。 このアプローチは、コストと効率の効果的なバランスを実現し、ADAPT-VQEの低回路深さとゲートカウントを妥協することなく、より高速な収束を実現する。

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