論文の概要: Symmetry-adapted qubit encoding with complete active space and Bravyi--Kitaev mapping for quantum chemistry on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.05865v1
- Date: Thu, 04 Jun 2026 08:43:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-05 22:39:44.657318
- Title: Symmetry-adapted qubit encoding with complete active space and Bravyi--Kitaev mapping for quantum chemistry on a quantum computer
- Title（参考訳）: 完全能動空間とBravyi--Kitaev写像による量子コンピュータ上の量子化学の対称性適応量子ビット符号化
- Authors: Dario Picozzi, Jonathan Tennyson,
- Abstract要約: 本稿では,完全能動空間(SAE-CAS)を持つ対称性適応量子ビット符号化法を提案する。
正確な対称性の符号化に基づいて、対称適応写像を、凍結コアおよび仮想軌道に対応する約$Z$-対称性に拡張する。
我々はPythonパッケージQuantumSymmetryにオープンソース実装を提供しています。
- 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 present a symmetry-adapted qubit encoding with complete active space (SAE-CAS) for quantum chemistry on fault-tolerant and near-term quantum processors. Building on exact-symmetry encodings, we extend symmetry-adapted mappings to approximate $Z$-symmetries corresponding to frozen-core and virtual orbitals, thereby reducing qubit requirements without significant loss of accuracy. We derive the mapping from the second-quantised Hamiltonian to active-space qubit Hamiltonians, prove its equivalence to the canonical CAS Hamiltonian with frozen-core and virtual-orbital projection, and integrate it with point-group and spin-parity symmetry encodings via affine Clifford transformations to maximise qubit reduction while preserving the target symmetry sector. The same framework also accommodates the Bravyi--Kitaev mapping, yielding an SAE-CAS-BK variant that is unitarily equivalent to SAE-CAS. Numerical benchmarking on nine small molecules using UCCSD and a hardware-efficient shifted-circular-alternating (HE-SCA) ansatz shows that SAE-CAS reduces qubit counts and Pauli-operator weight, yields shallower circuits with fewer parameters, and often accelerates VQE convergence; with HE-SCA it consistently reaches CAS reference energies in cases where JW-CAS does not converge within the tested budgets. We provide an open-source implementation in the Python package QuantumSymmetry. SAE-CAS offers a route to resource-efficient molecular simulations on fault-tolerant and near-term quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,完全能動空間(SAE-CAS)を持つ対称性適応量子ビット符号化法を提案する。
正確な対称性の符号化に基づいて、対称適応写像を凍結コアおよび仮想軌道に対応する約$Z$-対称性に拡張し、精度を著しく損なうことなくキュービット要求を減少させる。
第二量子化されたハミルトニアンから活性空間の立方体ハミルトニアンへの写像を導出し、凍結コアおよび仮想軌道射影を持つカノニカル CASハミルトニアンへの同値性を証明し、アフィン・クリフォード変換による点群およびスピンパリティ対称性の符号化と統合し、ターゲット対称性セクターを保ちながらクビット還元を最大化する。
同じフレームワークはBravyi--Kitaevマッピングに対応しており、SAE-CAS-BKの派生版がSAE-CASと同値である。
UCCSDとハードウェア効率の良いシフト円交互変換(HE-SCA)アンサッツを用いた9つの小分子の数値ベンチマークにより、SAE-CASはキュービット数とパウリ演算重みを減らし、パラメータが少なく浅い回路を出力し、VQE収束を加速し、JW-CASが試験予算内に収束しない場合、常にCAS基準エネルギーに達する。
我々はPythonパッケージQuantumSymmetryにオープンソース実装を提供しています。
SAE-CASは、フォールトトレラントおよび短期量子プロセッサ上でのリソース効率の分子シミュレーションへのルートを提供する。
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