論文の概要: VQE as Initial State Preparation for QPE on Heisenberg Spin-Glass Hamiltonians
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.15061v1
- Date: Sat, 13 Jun 2026 02:35:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-16 16:21:32.754987
- Title: VQE as Initial State Preparation for QPE on Heisenberg Spin-Glass Hamiltonians
- Title（参考訳）: ハイゼンベルクスピングラスハミルトニアンのQPEの初期状態としてのVQE
- Authors: Elijah Pelofske, Stephan Eidenbenz,
- Abstract要約: 物理系の基底状態エネルギー計算は、おそらく量子コンピューティングの最も有望なユースケースである。
我々は、NISQ-eraアルゴリズムVQEを用いて、不規則な完全連結異方性ハイゼンベルクスピングラス量子ハミルトンの高オーバーラップ状態を効率的に作成できるかどうか検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.953304476953445
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum Phase Estimation (QPE) is the quantum algorithmic workhorse for computing ground state energies of quantum Hamiltonians with quantum computers. Ground state energy calculation of physical systems is perhaps the most promising use case for quantum computing in terms of scientific and commercial value with a plausible path to outperformance of classical alternatives. This path, however, hinges on the availability of initial states for QPE with significant overlap with the true ground state. Using extensive (classical) numerical computations, we study whether the NISQ-era algorithm VQE (Variational Quantum Eigensolver) could be used to efficiently prepare high-overlap states of disordered fully-connected anisotropic Heisenberg spin glass quantum Hamiltonians with up to $15$ qubits. We find that (i) -- consistent with widely held, but rarely numerically illustrated beliefs -- VQE is generally unable to efficiently converge to the ground state for our Hamiltonians, which is a well-known issue with VQE due to a variety of factors including vanishing gradients and local minima; (ii) low energy states do not necessarily have large ground-state overlap, but there is typically a correlation between the two measures; (iii) adding more than three layers to the VQE ansatz neither improves overlap nor the energies found; and (iv) the best-found overlap scaling as a function of the Hamiltonian system size is not strongly exponentially decreasing, suggesting potential for VQE to be a heuristic state preparation algorithm for QPE.
- Abstract（参考訳）: 量子位相推定(Quantum Phase Estimation, QPE)は、量子ハミルトニアンの基底状態エネルギーを量子コンピュータで計算するための量子アルゴリズムである。
物理系の基底状態エネルギー計算は、古典的な代替品の性能を向上するためのもっとも有効な経路を持つ科学的および商業的な価値の観点から、量子コンピューティングの最も有望なユースケースである。
しかし、この経路はQPEの初期状態が真基底状態と大きく重なることを示唆している。
広汎な(古典的な)数値計算を用いて、最大15ドルキュービットのハイスベルグスピングラス量子ハミルトニアンの高オーバーラップ状態を効率的に作成するために、NISQ-eraアルゴリズムVQE(Variational Quantum Eigensolver)が利用できるかどうかを検証した。
私たちはそれを見つける。
i) 広く保持されているが、数値的に説明されることの少ない信念と一致して、VQEは一般的にハミルトンの基底状態に効率的に収束することができない。
(II)低エネルギー状態は、必ずしも大きな基底状態の重なりを持つわけではないが、通常2つの測度の間に相関がある。
三 VQEアンザッツに三つ以上の層を加えることにより、オーバーラップもエネルギーも改善しない。
(iv) ハミルトニアン系の大きさの関数としての最良の重なり合いスケーリングは指数関数的に減少せず、VQEがQPEのヒューリスティックな状態準備アルゴリズムである可能性が示唆されている。
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