論文の概要: Pauli-string grouping for VQE measurement reduction on a sparse-connectivity quantum annealer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.20861v1
• Date: Thu, 10 Sep 2026 11:59:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-28 05:09:55.689785
• Title: Pauli-string grouping for VQE measurement reduction on a sparse-connectivity quantum annealer
• Title（参考訳）: スパース接続型量子アニールのVQE測定低減のためのパウリストリンググルーピング
• Abstract要約: 変量量子固有解法(VQE)は、分子ハミルトニアンを評価するために多くの測定を必要とする。 このタスクは可換グラフ上で最小の斜め被覆問題(NPハード問題)にマップする。 本研究では,標準的なQUBOカラー化モデルとしてパウリグルーピング問題を定式化し,その拡張性をD-Wave量子アニール上で研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Variational Quantum Eigensolver (VQE) requires a large number of measurements to evaluate molecular Hamiltonians. Expressing a molecular Hamiltonian as a linear combination of Pauli strings creates a measurement bottleneck: non-commuting Pauli strings cannot be measured simultaneously. Consequently, mutually commuting Pauli strings must be grouped and measured together to minimise the number of quantum-state preparations. This task maps to the minimum clique cover problem on a commutativity graph, an NP-hard problem typically addressed using classical heuristics. Although an Ising-model formulation has recently been explored on fully connected CMOS Ising machines and demonstrated on physical quantum annealers only at small scale, the embedding cost that governs its behaviour on hardware with sparse connectivity, where each logical variable must be represented by a chain of physical qubits, has not been characterised. In this work, we formulate the Pauli-grouping problem as a standard QUBO colouring model and study its scalability on a D-Wave quantum annealer. Across a series of molecular systems and for both qubit-wise and full commutativity, we quantify the growth in the number of logical variables and the QUBO interaction density, characterise the physical-qubit and chain-length overhead required for embedding on the Zephyr topology, and compare the annealer's time-to-solution and solution quality with those of heuristic classical baselines. This analysis identifies the threshold of molecular complexity beyond which hardware connectivity prevents viable embedding, and shows that a second, practical limit is reached earlier. The threshold therefore measures how far current annealers are from the regime in which pre-optimising a VQE measurement scheme on hardware would be worth considering.
• Abstract（参考訳）: 変量量子固有解法(VQE)は、分子ハミルトニアンを評価するために多くの測定を必要とする。 分子ハミルトニアンをパウリ弦の線型結合として表現すると、非可換パウリ弦を同時に測定することはできない。 したがって、相互に通勤するパウリ弦は、量子状態準備の数を最小化するためにグループ化され、測定されなければならない。 このタスクは、古典的ヒューリスティックスを用いて対処されるNPハード問題である可換性グラフ上の最小の斜め被覆問題にマップする。 最近、Ising-modelの定式化が完全に接続されたCMOSIsingマシン上で行われ、小さなスケールでのみ物理量子異性体上で実証されているが、各論理変数を物理量子ビットの連鎖で表わさなければならないハードウェア上での動作を管理する埋め込みコストは特徴付けられていない。 本研究では,標準的なQUBOカラー化モデルとしてパウリ群化問題を定式化し,その拡張性をD-Wave量子アニール上で研究する。 一連の分子系と、量子的および全可換性の両方に対して、論理変数の数とQUBO相互作用密度の増大を定量化し、ゼーファートポロジーに埋め込むのに必要な物理的および鎖長のオーバーヘッドを特徴づけ、アニールラーの時間解法と解の質をヒューリスティックな古典的ベースラインのそれと比較する。 この分析は、ハードウェア接続が実現可能な埋め込みを妨げている分子の複雑さのしきい値を特定し、第2の実用的な限界がより早く到達していることを示す。 したがって、この閾値は、VQE測定スキームをハードウェア上で事前に最適化する体制から、現在のアニーラーがどこまで遠いかを判断する価値がある。

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