論文の概要: Frustration-Induced Expressibility Limitations in Variational Quantum Algorithms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.11688v1
- Date: Mon, 13 Apr 2026 16:30:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-14 20:13:16.685863
- Title: Frustration-Induced Expressibility Limitations in Variational Quantum Algorithms
- Title（参考訳）: 変分量子アルゴリズムにおけるフラストレーションによる表現性限界
- Authors: Sandip Maiti,
- Abstract要約: 幾何学的フラストレーションは、標準ハミルトニアンにインスパイアされたアンストゼを用いて、捕えるのが難しい強い不均一な相関をもたらすことを示す。
結合分解変分パラメータを導入することにより,回路深さの低減で正確な結果が得られた。
この結果から,フラストレーション系における変分量子アルゴリズムの限界を物理的に説明し,量子シミュレーションのための改良されたアンサッツ設計戦略を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Geometric frustration, arising from competing interactions that prevent simultaneous energy minimization, presents a fundamental challenge for variational quantum algorithms applied to quantum many-body systems. We investigate the transverse-field Ising model on a square lattice with frustrated diagonal coupling and show that geometric frustration leads to strongly inhomogeneous correlations that are difficult to capture using standard Hamiltonian-inspired ansätze with global parameters. As a result, the required circuit depth increases significantly in the intermediate-field regime. We demonstrate that this limitation is not caused by optimization difficulties such as barren plateaus, but instead arises from insufficient expressibility of the ansatz. By introducing bond-resolved variational parameters, we recover accurate results at reduced circuit depth. We also study low-energy excitations and find that near-degenerate spectra in the frustrated regime further challenge variational methods. Our results provide a clear physical explanation for the limitations of variational quantum algorithms in frustrated systems and suggest improved ansatz design strategies for quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: 同時エネルギーの最小化を防ぐための競合する相互作用から生じる幾何学的フラストレーションは、量子多体系に適用される変分量子アルゴリズムの根本的な課題である。
フラストレーションのある対角結合を持つ正方格子上の横場イジングモデルについて検討し、幾何学的フラストレーションが、大域パラメータを持つ標準ハミルトニアンに着想を得たアンセッツェを用いて、捕え難い強い不均一な相関をもたらすことを示す。
その結果,中間界状態では回路深度が著しく増大することがわかった。
この制限は、不毛の高原のような最適化上の困難によって生じるものではなく、代わりに、アンザッツの表現性が不十分なことから生じることを実証する。
結合分解変分パラメータを導入することにより,回路深さの低減で正確な結果が得られた。
また、低エネルギー励起についても検討し、フラストレーション状態におけるほぼ退化スペクトルがさらなる変動法に挑戦することを見出した。
この結果から,フラストレーション系における変分量子アルゴリズムの限界を物理的に説明し,量子シミュレーションのための改良されたアンサッツ設計戦略を提案する。
関連論文リスト
- Quantum remeshing and efficient encoding for fracture mechanics [0.5541644538483946]
本稿では, ひび割れ開きシミュレーションに特化して, 構造力学問題に対する変分量子アルゴリズムを提案する。
提案手法は,パラメタライズド量子回路を実装することで,関連する2次元ケースに対する代替ソリューションを提供する。
提案手法は,Quandelaのフォトニック量子プロセッサAscellaで実験的に検証されている。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-10-16T14:50:59Z) - Looking elsewhere: improving variational Monte Carlo gradients by importance sampling [41.94295877935867]
ニューラルネットワーク量子状態(NQS)は、量子多体波動関数を表現するために強力で表現力のあるアンサッツを提供する。
量子化学で現れる急激なピーク波動関数のようないくつかのシナリオは、変動最適化の有効性を阻害する高分散勾配推定器をもたらすことが知られている。
本研究では、適応的に調整された重要度サンプリングを用いて、これらのサンプリング問題に取り組むための体系的戦略について検討する。
提案手法により,バニラVMCの計算コストを,高ピークの量子化学波動関数をターゲットとした場合,最大100倍に削減できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-07T18:00:03Z) - RhoDARTS: Differentiable Quantum Architecture Search with Density Matrix Simulations [44.13836547616739]
変分量子アルゴリズム(VQA)は、ノイズ中間スケール量子(NISQ)コンピュータを活用するための有望なアプローチである。
与えられたVQA問題を効率的に解く最適な量子回路を選択することは、非自明な作業である。
量子アーキテクチャ探索(QAS)アルゴリズムは、与えられた問題に合わせた量子回路の自動生成を可能にする。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-06-04T08:30:35Z) - Trotter error mitigation by error profiling with shallow quantum circuit [5.281011822909396]
比較的浅い回路深度でアルゴリズムトロッター誤差を低減するための資源効率の手法を提案する。
提案手法は、浅い回路を持つ短期量子プロセッサにおいて、量子シミュレーションの効率的な方法を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-03-12T18:02:44Z) - Variational Quantum Subspace Construction via Symmetry-Preserving Cost Functions [36.94429692322632]
低次エネルギー状態の抽出のための削減部分空間を反復的に構築するために,対称性保存コスト関数に基づく変動戦略を提案する。
概念実証として, 基底状態エネルギーと電荷ギャップの両方を対象とし, 提案アルゴリズムをH4鎖とリング上で検証した。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-11-25T20:33:47Z) - Bias-field digitized counterdiabatic quantum optimization [39.58317527488534]
我々はこのプロトコルをバイアス場デジタルダイアバティック量子最適化(BF-DCQO)と呼ぶ。
私たちの純粋に量子的なアプローチは、古典的な変分量子アルゴリズムへの依存を排除します。
基底状態の成功確率のスケーリング改善を実現し、最大2桁まで増大する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-05-22T18:11:42Z) - Machine-learning-inspired quantum control in many-body dynamics [6.817811305553492]
制御フィールドの最適化に適した,有望かつ多目的な制御ニューラルネットワークを提案する。
本稿では,量子イジングモデルにおける臨界点通過時の欠陥密度の抑制とキャット状態の忠実度向上の問題に対処する。
勾配に基づくパワーロークエンチ法と比較して,本手法はシステムサイズと長期的進化の両面で有意な優位性を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-09T01:47:55Z) - Contextual Subspace Variational Quantum Eigensolver Calculation of the Dissociation Curve of Molecular Nitrogen on a Superconducting Quantum Computer [0.06990493129893112]
超伝導量子ハードウェア上でのコンテキスト部分空間変動量子固有解器の実験実験を行った。
特に分子窒素のポテンシャルエネルギー曲線を計算し、解離限界における静的相関の優位性は、多くの従来の量子化学技術において困難であることを示す。
我々の量子シミュレーションは、選択されたSTO-3Gベースにおける完全な構成相互作用エネルギーと良好な一致を維持し、ボンドブレーキングを適切に捉える際に、ベンチマークされたすべての単一参照波動関数技術より優れている。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-12-07T16:05:52Z) - Equilibrium Quantum Impurity Problems via Matrix Product State Encoding
of the Retarded Action [0.0]
本稿では,リタードアクションを行列積状態(RAMPS)として表す計算能力について検討する。
逆温度の弱い電力法則としての数値誤差スケーリングを伴って,RAMPS のアプローチが様々な相互作用強度 (U$) で近藤政権に確実に到達できることを実証した。
以上の結果から,RAMPSアプローチは,確立された手法に挑戦する体制における量子不純物問題研究の代替手段としての可能性を示唆している。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-06-29T18:00:01Z) - Simulating the Mott transition on a noisy digital quantum computer via
Cartan-based fast-forwarding circuits [62.73367618671969]
動的平均場理論(DMFT)は、ハバードモデルの局所グリーン関数をアンダーソン不純物のモデルにマッピングする。
不純物モデルを効率的に解くために、量子およびハイブリッド量子古典アルゴリズムが提案されている。
この研究は、ノイズの多いデジタル量子ハードウェアを用いたMott相転移の最初の計算を提示する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-10T17:32:15Z) - Quantum algorithms for quantum dynamics: A performance study on the
spin-boson model [68.8204255655161]
量子力学シミュレーションのための量子アルゴリズムは、伝統的に時間進化作用素のトロッター近似の実装に基づいている。
変分量子アルゴリズムは欠かせない代替手段となり、現在のハードウェア上での小規模なシミュレーションを可能にしている。
量子ゲートコストが明らかに削減されているにもかかわらず、現在の実装における変分法は量子的優位性をもたらすことはありそうにない。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-09T18:00:05Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。