論文の概要: Optimizing Subspace Expansion in Quantum Chemistry through Operator Selection and Reference State Choice
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.16362v1
- Date: Mon, 17 Aug 2026 10:14:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-18 19:59:03.631892
- Title: Optimizing Subspace Expansion in Quantum Chemistry through Operator Selection and Reference State Choice
- Title（参考訳）: 演算子選択と参照状態選択による量子化学における部分空間拡張の最適化
- Abstract要約: VQSE(Virtual Quantum Subspace Expansion)は変分量子固有解法(VQE)を拡張する
これにより、VQSEは、ポテンシャルエネルギー面に沿った正確なエネルギー差がノイズ反応速度や速度論に不可欠である化学応用にとって魅力的なものとなる。
我々は、参照状態とFCI波動関数の重なり合いと演算子プール表現率の2つのメカニズムを同定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.97086791680241
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Virtual Quantum Subspace Expansion (VQSE) extends the Variational Quantum Eigensolver (VQE) by leveraging additional measurements on the reference state to capture the influence of excluded virtual orbitals. This makes VQSE attractive for chemical applications where accurate energy differences along potential energy surfaces are crucial for modeling reaction rates and kinetics. In this work, we analyze VQSE performance on H$_2$ dissociation including references that use Hartree--Fock molecular orbitals with broken spin symmetry. We identify two mechanisms which affect accuracy: overlap of the reference state with the exact full configuration interaction (FCI) wavefunction and operator pool expressivity. We show these mechanisms are strongly co-dependent. When operators are restricted to act only from the active to the virtual space, results become highly sensitive to the reference, and enlarging the active space does not guarantee improved accuracy. In this case, prioritizing reference overlap over energy minimization is therefore essential. Adding single excitations and number operators within the active space recovers the accuracy of MR-CISD (multi-reference configuration interaction singles and doubles) regardless of the reference. In our noisy hardware experiments, we achieve chemical accuracy by adding additional operators and using strict regularization. These findings motivate careful co-design of reference fidelity, pool expressivity, and hardware constraints for practical VQSE deployment.
- Abstract（参考訳）: VQSE(Virtual Quantum Subspace Expansion, VQSE)は、仮想軌道の影響を捉えるために、基準状態に関する追加の測定を活用することにより、変量量子固有解器(VQE)を拡張する。
これにより、VQSEは、ポテンシャルエネルギー表面に沿った正確なエネルギー差が反応速度や速度論のモデル化に不可欠である化学応用にとって魅力的なものとなる。
本研究では, スピン対称性の破れたハーツリー-フォック分子軌道を用いた参照を含む, H$_2$解離におけるVQSE特性の解析を行う。
我々は、参照状態とFCI波動関数の重なり合いと演算子プール表現率の2つのメカニズムを同定する。
これらのメカニズムは互いに強く依存している。
オペレータがアクティブから仮想空間にのみ作用するように制限されると、結果は参照に非常に敏感になり、アクティブスペースを拡大しても精度は向上しない。
この場合、エネルギー最小化よりも参照重複の優先順位付けが不可欠である。
アクティブ空間に単一励起と数演算子を加えると、参照に関係なくMR-CISDの精度が回復する。
ノイズの多いハードウェア実験では、演算子を追加し、厳密な正則化を用いて化学的精度を達成する。
これらの知見は、実用的なVQSEデプロイメントのための基準忠実度、プール表現性、ハードウェア制約を慎重に共同設計する動機となっている。
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