基于局部活跃空间方法和成本缓解的非单位变分量子求解器
量子物理
2025-01-24 v1 化学物理
摘要
准确地以可负担的量子资源描述高度关联系统, 仍是近期和中期量子计算机上量子化学应用的核心挑战。局部活跃空间自洽场 (LASSCF) 通过在特定片段内生成基于活跃空间的波函数, 同时以均匀场方法处理片段间关联, 从而近似完整活跃空间自洽场 (CASSCF), 计算成本更低。硬件效率 ansatz (HEA) 提供了可负担且电路较浅的方案, 但常常无法捕获必要的关联。此前, 基于Jastrow因子启发的非单位量子比特算子被提出用于变分量子求解器 (VQE) 计算中的HEA (nuVQE), 由于其不增加电路深度, 能为Hartree-Fock初始状态恢复均匀场水平以上的关联。本文探索了使用LASSCF作为初始状态运行nuVQE的可能性。该方法命名为LAS-nuVQE, 结果表明它能够恢复片段间关联, 在H4和正方形环四烯中均能以少于70个门的电路深度实现化学精度。为进一步解决HEA中固有的对称性破坏问题, 我们实现了受约束的LAS-nuVQE, 以扩展HEA的能力, 并在正方形环四烯中展示了纯净的自旋结果。我们通过Pauli分组和shot-frugal抽样来缓解nuVQE测量开销的增加, 将测量成本降低了最高可达两个数量级, 并表明在每个期望值计算中仅使用10^3-4个shot即可获得更好的精度, 而与不带噪声的仿真相比, 所需shot数多达一个或两个数量级。最后, 我们的测量缓解协议表明, 在墙钟时间估计方面, nuVQE成为HEA-VQE的一种更便宜且更准确的替代方案。
引用
@article{arxiv.2501.13371,
title = {Non-unitary Variational Quantum Eigensolver with the Localized Active Space Method and Cost Mitigation},
author = {Qiaohong Wang and Ruhee D'Cunha and Abhishek Mitra and Yuri Alexeev and Stephen K. Gray and Matthew Otten and Laura Gagliardi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.13371},
year = {2025}
}