論文の概要: A New Angle on Quantum Subspace Diagonalization for Quantum Chemistry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11985v1
• Date: Thu, 12 Feb 2026 14:14:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.864775
• Title: A New Angle on Quantum Subspace Diagonalization for Quantum Chemistry
• Title（参考訳）: 量子化学における量子サブ空間対角化の新展開
• Authors: Xeno De Vriendt, Jacob Bringewatt, Nik O. Gjonbalaj, Stefan Ostermann, Davide Vodola, Johannes Borregaard, Michael Kühn, Susanne F. Yelin,
• Abstract要約: 量子部分空間対角化で生じる雑音一般化固有値問題に対する新しいしきい値の変種を導入する。 いくつかの化学系に対する反復量子クリロフアルゴリズムにこの回転しきい値法を適用することにより、この効果を実用的に研究する。 最適変換へのオラクルアクセスにより、より劇的な改善が可能となり、サンプル要求の最大104ドルの削減が観察される。
• 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: Quantum subspace diagonalization and quantum Krylov algorithms offer a feasible, pre- or early-fault tolerant alternative to quantum phase estimation for using quantum computers to estimate the low-lying spectra of quantum systems. However, despite promising proof-of-principle results, such methods suffer from high sensitivity to noise (including intrinsic sources such as sampling noise), making their utility for realistic industry-relevant problems an open question. To improve the potential applicability of such methods, we introduce a new variant of thresholding for noisy generalized eigenvalue problems that arise in quantum subspace diagonalization that has the potential to better control sensitivity to noise. Our approach leverages eigenvector-preserving transformations (rotations) of the generalized eigenvalue problem prior to thresholding. We study this effect in practical settings by applying this rotation thresholding scheme to an iterative quantum Krylov algorithm for several chemical systems, including the industry-relevant Fe(III)-NTA chelate complex. We develop a particular heuristic to select the rotation angle from noisy data and find for certain systems and noise regimes that the samples required to reach a target error for ground state estimation can be reduced by a factor of up to 100. Furthermore, with oracle access to the optimal transformation, more dramatic improvements are possible and we observe reductions in sample requirements by up to $10^4$, motivating the continued development of methods that can realize these improvements in practice. While we develop our approach in the context of quantum subspace diagonalization, the improved thresholding scheme we develop could be advantageous in any context where one must solve noisy, ill-conditioned generalized eigenvalue problems.
• Abstract（参考訳）: 量子サブスペース対角化と量子クリロフアルゴリズムは、量子コンピュータを用いて量子系の低層スペクトルを推定する量子位相推定に代わる、実現可能な、事前または早期のフォールトトレラントを提供する。 しかし,本手法は,有望な実証結果にもかかわらず高感度ノイズ(サンプリングノイズなどの本質的な音源を含む)に悩まされ,現実的な産業関連問題に有効である。 このような手法の適用可能性を改善するために,雑音に対する感度をよりよく制御できる可能性を持つ量子空間対角化において生じる雑音一般化固有値問題に対する新しいしきい値の変種を導入する。 我々の手法は、しきい値の前に一般化された固有値問題の固有ベクトル保存変換(回転)を利用する。 産業関連化合物Fe(III)-NTAキレート錯体を含むいくつかの化学系に対する反復量子クリロフアルゴリズムにこの回転しきい値法を適用することにより、この効果を実用的に研究する。 我々は、ノイズデータから回転角を選択するための特定のヒューリスティックを開発し、地中状態推定の目標誤差に到達するために必要なサンプルを最大100倍に削減できる、特定のシステムとノイズレシエーションを探索する。 さらに、最適変換へのオラクルアクセスにより、より劇的な改善が可能となり、サンプル要求の最大10^4$の削減を観察し、これらの改善を実際に実現できる手法の継続的な開発を動機づける。 我々は、量子部分空間対角化の文脈でアプローチを発展させる一方で、改良されたしきい値スキームは、ノイズの多い、不条件の一般化固有値問題を解く必要があるあらゆる文脈で有利である。

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