Fugu-MT 論文翻訳(概要): Noise-Resilient Quantum Chemistry with Half the Qubits

論文の概要: Noise-Resilient Quantum Chemistry with Half the Qubits

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.01165v2
Date: Tue, 03 Feb 2026 11:11:24 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-02-04 13:28:03.718421
Title: Noise-Resilient Quantum Chemistry with Half the Qubits
Title（参考訳）: 半量子ビットを用いた耐雑音性量子化学
Authors: Shane McFarthing, Aidan Pellow-Jarman, Francesco Petruccione,
Abstract要約: 本稿では, 半量子量子対角化法であるHSQDを導入する。 HSQDはIBM量子ハードウェア上でのSQDの精度と一致する。その結果、半量子SQDは強相関化学における実用的な量子優位性へのノイズ耐性と資源効率の経路として確立された。
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: Sample-based quantum diagonalization (SQD) offers a powerful route to accurate quantum chemistry on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices by combining quantum sampling with classical diagonalization. Here we introduce HSQD, a novel half-qubit SQD approach that halves the qubit requirement for simulating a chemical system and drastically reduces overall circuit depth and gate counts, suppressing hardware noise. When modeling the dissociation of the nitrogen molecule with a (10e, 26o) active space, HSQD matches the accuracy of SQD on IBM quantum hardware using only half the number of qubits and 40% fewer measurements. We further enhance HSQD with a heat-bath configuration interaction (HCI) inspired selection of the samples, forming HCI-HSQD. This yields sub-millihartree accuracy across the N2 potential energy surface and produces subspaces up to 39% smaller than those from classical HCI, showing a significant improvement in the compactness of the ground-state representation. Finally, we demonstrate the scalability of HCI-HSQD using iron-sulfur clusters, reaching active spaces of up to (54e, 36o) while using only half as many qubits as the original SQD. For these systems, HCI-HSQD reduces SQD energy errors by up to 76% for [2Fe-2S] and 26% for [4Fe-4S], while also reducing subspace sizes, halving measurement requirements, and eliminating expensive post-processing. Together, these results establish half-qubit SQD as a noise-resilient and resource-efficient pathway toward practical quantum advantage in strongly correlated chemistry.
Abstract（参考訳）: サンプルベースの量子対角化(SQD)は、古典的な対角化と量子サンプリングを組み合わせることで、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイス上での正確な量子化学への強力な経路を提供する。本稿では, 半量子SQD手法であるHSQDを紹介する。この手法は, 化学系をシミュレーションするための量子ビット要求を緩和し, 回路深さとゲート数を大幅に削減し, ハードウェアノイズを抑制する。窒素分子の解離を (10e, 26o) 活性空間でモデル化する際、HSQD はIBM量子ハードウェア上での SQD の精度と一致する。さらに,HCIにインスパイアされたHCI-HSQDによりHSQDをさらに強化し,HCI-HSQDを形成する。これにより、N2ポテンシャルエネルギー表面のサブミリハートの精度が得られ、古典的HCIよりも最大39%小さい部分空間が生成され、基底状態表現のコンパクトさが著しく向上した。最後に, 鉄硫黄クラスターを用いたHCI-HSQDのスケーラビリティを実証し, 最大 (54e, 36o) の活性空間に到達し, 元のSQDの半分の量子ビットしか使用していないことを示す。これらのシステムに対して、HCI-HSQDは、[2Fe-2S]では最大76%、[4Fe-4S]では最大26%のSQDエネルギー誤差を削減し、サブスペースサイズを減らし、測定要求を半減し、高価な後処理を省く。これらの結果は、強相関化学における実用的な量子優位性への雑音耐性と資源効率の経路として半量子SQDを確立する。

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