任意秩多体费米子与量子比特激发的 CNOT 高效线路
量子物理
2022-10-13 v1 化学物理
摘要
高效的量子线路对于在含噪声中等规模量子设备上实现量子算法是必要的。进入酉耦合簇(UCC)拟设的费米子激发会产生包含 CNOT“阶梯”的量子线路，其数量随激发秩呈指数增长。最近，Yordanov 等人 [Phys. Rev. A 102, 062612 (2020); Commun. Phys. 4, 228 (2021)] 构建了基于费米子激发(FEB)和基于量子比特激发(QEB)的单激发与双激发的 CNOT 高效量子线路，并展示了它们在自适应导数组装伪 Trotter 化变分量子本征求解器(ADAPT-VQE)模拟中的效用。在本工作中，我们将这些 CNOT 高效量子线路推广到任意激发秩。为说明这些紧凑 FEB 和 QEB 量子线路的优势，我们使用最近发展的选择性投影量子本征求解器(SPQE)方法进行数值模拟，该方法依赖于由任意阶粒子-空穴激发算符构建的自适应 UCC 拟设。我们表明，与传统 SPQE 相比，FEB- 和 QEB-SPQE 均将 CNOT 门数量减少了多达 15 倍。同时，一般而言 QEB-SPQE 比 FEB-SPQE 需要更多拟设参数，特别是那些对应于高于双激发的参数，导致具有更大 CNOT 计数的量子线路。尽管 ADAPT-VQE 生成的量子线路比 SPQE 具有更少的 CNOT，但 SPQE 所需的残差元评估数量比 ADAPT-VQE 中的梯度元评估少数个数量级。
引用
@article{arxiv.2210.05771,
title = {CNOT-Efficient Circuits for Arbitrary Rank Many-Body Fermionic and Qubit Excitations},
author = {Ilias Magoulas and Francesco A. Evangelista},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.05771},
year = {2022}
}