論文の概要: Two-Gate Extensions of Free Axis and Free Quaternion Selection for Sequential Optimization of Parameterized Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.25876v1
• Date: Thu, 26 Mar 2026 20:06:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-30 21:49:48.260567
• Title: Two-Gate Extensions of Free Axis and Free Quaternion Selection for Sequential Optimization of Parameterized Quantum Circuits
• Title（参考訳）: パラメタライズド量子回路の逐次最適化のための自由軸と自由四元数選択の2ゲージ展開
• Authors: Joona V. Pankkonen,
• Abstract要約: 逐次単一ビットフラックスと自由四元数選択の2ゲート拡張を提案する。 TGFとTGFQSの無作為かつ半シフトのゲートペアリング戦略は、多くのテスト済み設定において最適であることがわかった。 これらの改善は、ゲート更新毎に回路評価が向上し、局所最適化のパワーと測定オーバーヘッドのトレードオフが強調される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose two-gate extensions of the sequential single-qubit optimizers, Free Axis Selection (Fraxis) and Free Quaternion Selection (FQS), termed Two-Gate Fraxis (TGF) and Two-Gate FQS (TGFQS), respectively. In contrast to Fraxis and FQS, which update one single-qubit gate at a time via quadratic local cost function and matrix diagonalization, TGF and TGFQS optimize two parameterized single-qubit gates simultaneously by constructing an exact quartic local cost function and optimizing it using classical optimizers. We further investigate how different gate pairing strategies affect optimization performance. Using numerical experiments on spin Hamiltonians, molecular Hamiltonians, and quantum state preparation tasks, we find that TGF and TGFQS frequently achieve a lower final relative error to the ground state energy or infidelity than their single gate counterparts. We observe that the random and half-shifted gate pairing strategies for TGF and TGFQS perform best in many of the tested settings. In the additional finite-shot experiments on Fermi-Hubbard and transverse-field Ising model Hamiltonians, the best gate pairing strategies retain their advantage across the tested shot counts in shallow circuits. These improvements come at the cost of increased circuit evaluations per gate update, highlighting a trade-off between the power of local optimization and measurement overhead.
• Abstract（参考訳）: 逐次単一ビットオプティマイザの2ゲート拡張、自由軸選択(Fraxis)、自由四元選択(FQS)、それぞれTGF(Two-Gate Fraxis)とTGFQS(T-Gate FQS)と呼ばれる2ゲート拡張を提案する。 2次局所コスト関数と行列対角化によって1つの単一キュービットゲートを同時に更新するFraxisやFQSとは対照的に、TGFとTGFQSは2つのパラメータ化された単一キュービットゲートを同時に最適化し、正確な四次局所コスト関数を構築し、古典的なオプティマイザを用いて最適化する。 さらに,異なるゲートペアリング手法が最適化性能に与える影響について検討する。 スピンハミルトニアン、分子ハミルトニアンおよび量子状態準備タスクに関する数値実験を用いて、TGFとTGFQSは、接地状態エネルギーや不忠実度よりも低い最終的な相対誤差をしばしば達成することを発見した。 我々は,TGFとTGFQSのランダムかつ半シフトゲートペアリング戦略が,多くのテスト環境において最適であることを示す。 Fermi-Hubbard と transverse-field Ising model Hamiltonians のさらなる有限ショット実験において、最も優れたゲートペアリング戦略は浅い回路で試験されたショット数にわたってその優位性を保っている。 これらの改善は、ゲート更新毎に回路評価が向上し、局所最適化のパワーと測定オーバーヘッドのトレードオフが強調される。

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