論文の概要: Benchmarking quantum trial wavefunctions for phaseless auxiliary-field quantum Monte Carlo
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.02056v2
- Date: Tue, 05 May 2026 14:03:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-06 14:45:21.32409
- Title: Benchmarking quantum trial wavefunctions for phaseless auxiliary-field quantum Monte Carlo
- Title（参考訳）: フェーズレス補助場量子モンテカルロの量子トライアル波動関数のベンチマーク
- Authors: Rod Rofougaran, Neil Mehta, Katherine Klymko, Pooja Rao, J. Wayne Mullinax, Samuel Stein, Norm M. Tubman, Ermal Rrapaj,
- Abstract要約: 本稿では, ユニタリ結合クラスタ, ハミルトンインフォームド, ヤストロウインスパイア, 適応的に構築されたアンサーゼにまたがる量子トライアル波動関数のベンチマーク研究を行う。
以上の結果から, アンザッツの変動エネルギーは, ph-AFQMCの品質の信頼できる指標であるとは限らないことが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0792803666915127
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The phaseless auxiliary-field quantum Monte Carlo (ph-AFQMC) method is a stochastic imaginary-time projection technique for computing ground-state properties of strongly correlated quantum systems, with accuracy that depends critically on the choice of trial wavefunction. Here, we investigate ph-AFQMC with trial states prepared using parameterized quantum circuits. In this work, we present a comprehensive benchmarking study of quantum trial wavefunctions spanning unitary coupled-cluster, Hamiltonian-informed, Jastrow-inspired, and adaptively constructed ansatze. The benchmarking evaluates accuracy, expressibility, and scalability of these ansatze within the QC-AFQMC framework. We test these ansatze on linear hydrogen chains under bond stretching and find that several ansatz families produce chemically accurate ph-AFQMC energies across the dissociation curve. We have performed simulations using the CUDA-Q quantum development platform on the GPU partition of the Perlmutter supercomputer. When comparing ansatze at similar numbers of variational parameters, we find that different ansatz families yield comparable ph-AFQMC results despite exhibiting substantially different variational energies, optimization costs, and circuit depths. Our results indicate that the variational energy of an ansatz is not always a reliable indicator of its quality for ph-AFQMC and reveal instances of over-parameterization. In the strongly correlated regime, trial wavefunctions obtained from adaptive ansatze, exemplified here by ADAPT-VQE with the UCCSD operator pool, can outperform their fixed-ansatz counterparts (UCCSD) in terms of projected energies while using substantially more compact circuits, providing a flexible route to optimize quantum resources within the ph-AFQMC framework.
- Abstract（参考訳）: フェーズレス補助場量子モンテカルロ法 (ph-AFQMC) は、強相関量子系の基底状態特性を計算するための確率的想像時間投影法であり、試行波動関数の選択に重要な精度を持つ。
本稿では、パラメータ化量子回路を用いて準備した試行状態を用いたph-AFQMCについて検討する。
本研究では, ユニタリ結合クラスタ, ハミルトンインフォームド, ジャストロウインスパイア, 適応的に構築されたアンサツェにまたがる量子トライアル波動関数の総合的なベンチマーク研究を行う。
ベンチマークは、QC-AFQMCフレームワーク内のこれらのアンサーゼの正確性、表現性、スケーラビリティを評価する。
結合伸張下での線状水素鎖上でこれらのアンサーゼを試験し、いくつかのアンザッツ族が解離曲線全体にわたって化学的に正確なph-AFQMCエネルギーを発生させることを発見した。
我々はPerlmutterスーパーコンピュータのGPUパーティション上でCUDA-Q量子開発プラットフォームを用いてシミュレーションを行った。
類似の変分パラメータでアンサーゼを比較すると、異なるアンザーゼ族は、ほぼ異なる変分エネルギー、最適化コスト、回路深さを示すにもかかわらず、同等の ph-AFQMC 結果が得られることが分かる。
以上の結果から,アンザッツの変動エネルギーは必ずしもph-AFQMCの品質の信頼性を示す指標ではないことが示唆された。
強い相関関係において、適応アンサツェから得られるトライアル波動関数は、ADAPT-VQEによって UCCSD 演算子プールで例示され、投射エネルギーの点で固定アンサッツ(UCCSD)よりも優れ、さらにコンパクトな回路を使用し、ph-AFQMC フレームワーク内で量子リソースを最適化する柔軟な経路を提供する。
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