論文の概要: Clifford-efficient sparse state preparation for molecular wavefunctions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.20593v1
• Date: Thu, 20 Aug 2026 22:13:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-24 14:49:32.257836
• Title: Clifford-efficient sparse state preparation for molecular wavefunctions
• Title（参考訳）: クリフォード効率のスパース状態による分子波動関数の合成
• Abstract要約: スパース量子状態の準備は、$d ll 2n$計算基底状態のみの重ね合わせである$n$-qubitターゲット状態に関する。 既存のアプローチでは、これらの$d$基底状態とその振幅を密度レジスタと呼ばれる小さな量子ビットに圧縮し、準備された状態をフルレジスタに拡張することで、この空間性を利用する。 有限体$operatornameGF(2)$上の二項構成間のアフィン関係を利用して、非クリフォードゲート数とアシラリーキュービット数の両方を削減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.714779224874738
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Sparse quantum state preparation concerns an $n$-qubit target state that is a superposition of only $d \ll 2^n$ computational basis states. Existing approaches exploit this sparsity by compressing these $d$ basis states and their amplitudes onto a smaller set of qubits, called the dense register, before expanding the prepared state to the full register. Rather than relying on the permutation-based compression used in prior work, we exploit affine relationships among the binary configurations over the finite field $\operatorname{GF}(2)$ to reduce both the non-Clifford gate count and the ancillary qubit count. Invertible affine transformations over $\operatorname{GF}(2)$, comprising Gaussian elimination and all-ones-row removal, first reduce the dense register from $n$ to the rank $r$ using only Clifford gates and no ancillary qubits. An optional binary encoding stage then trades additional Toffoli gates and ancillary qubits for further compression to the minimum $\lceil\log_2 d\rceil$ dense qubits needed to represent $d$ distinct configurations. For chemically relevant wavefunctions, such as those obtained from selected configuration interaction calculations, shared electronic excitation patterns produce many of these affine relationships, enabling substantial Clifford-only compression before binary encoding. Across the molecular benchmarks, our method requires the fewest ancillary qubits among the evaluated sparse state preparation methods while maintaining comparable non-Clifford gate counts when using binary encoding.
• Abstract（参考訳）: スパース量子状態の準備は、$d \ll 2^n$計算基底状態のみの重ね合わせである$n$-qubitターゲット状態に関する。 既存のアプローチでは、これらの$d$基底状態とその振幅を密度レジスタと呼ばれる小さな量子ビットに圧縮し、準備された状態をフルレジスタに拡張することで、この空間性を利用する。 先行研究で使われる置換に基づく圧縮に頼るのではなく、有限体$\operatorname{GF}(2)$上のバイナリ構成間のアフィン関係を利用して、非クリフォードゲート数とアシラリーキュービット数の両方を削減する。 ガウス的除去とオール・ワンズ・ロー除去を含む $\operatorname{GF}(2)$ 上の可逆アフィン変換は、まず密度レジスタをクリフォードゲートのみを用いて$n$から$r$に還元する。 任意のバイナリエンコーディングステージは、$d$異なる構成を表現するのに必要な最小の$\lceil\log_2 d\rceil$高密度キュービットに、さらに圧縮するために追加のToffoliゲートとAcillary qubitsを交換する。 選択された構成相互作用計算から得られるような化学的に関連する波動関数に対して、共有電子励起パターンはこれらのアフィン関係の多くを生み出し、バイナリエンコーディングの前にクリフォードのみの実質的な圧縮を実現する。 本手法は,分子ベンチマーク全体にわたって,バイナリエンコーディングにおいて同等の非クリフォードゲート数を維持しつつ,評価されたスパース状態調製法の中で最少のアシラリー量子ビットを必要とする。

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