Quantum-classical hybrid quantum computing for quantum many-body systems

量子多体系统的量子经典混合量子计算

• 批准号: 21H04446
• 负责人: 柚木 清司
• 金额: $ 26.54万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04446/
• 关键词: 量子計算; 量子多体系; 量子-古典ハイブリッド計算; 量子コンピューティング; 量子-古典ハイブリッド法

変分原理に基づく変分量子アルゴリズムの中で、現在、最も盛んに研究されているものがVariational Quantum Eigensolver (VQE)と呼ばれる変分法である。変分量子状態は（デバイス技術の制限から）1qubit操作と2qubit操作からなる量子ゲートで構成される量子回路で表し、1qubit操作であるqubitの回転角を変分パラメータとして、変分エネルギーが最低になるように変分パラメータを最適化する。変分エネルギーは量子計算機で、変分パラメータの最適化は古典計算機で行う。ゲート数を増やすとどんな量子状態も表現できることが数学的に証明されているが、実際は、欲しい精度を達成するためにはゲート数が大きくなりすぎるため、変分パラメータの最適化自体が困難になる問題がある。この問題をVQEの範疇で解決するため、本年度は、1) ハミルトニアンの対称性等の制限を課した変分量子回路構築、2)物理状態を反映した量子回路構成、及び3)変分パラメータ最適化法の改善 を行なった。特に1)に関しては、ハバード模型の基底状態計算に対して、並進対称性、スピンSU(2)対称性、及び電荷SU(2)対称性を考慮したVQEアルゴリズムの提案を行なった。これを、Krylov部分空間法に応用することで、4x2サイトに対するハバード模型の基底状態計算を古典計算機を用いて実行した。同時に、変分パラメータの最適化に関して、natural gradient法を用いることでコスト関数である変分エネルギーの変分パラメータ微分が消失しにくくなることを明らかにした。

The principle of differential analysis is based on variable quantum solutions (VQE). The quantum state is different from 1 qubit operation to 2 qubit operation. The quantum state is different from 1 qubit operation to 2 qubit operation. The quantum state is different from 1 qubit operation to 2 qubit operation. The quantum state is different from 1 qubit operation to 2 qubit operation. A quantum computer, a quantum computer, a classical computer, a quantum computer. The number of quantum states is increased, the quantum states are represented, the mathematical proofs are obtained, the accuracy is achieved, the quantum states are optimized, and the problems are difficult. This problem is solved in the field of VQE, and this year, 1) limit of symmetry, 2) reflection of physical state, and 3) improvement of optimization method. In particular, the proposed VQE model is considered in relation to the calculation of the base state, symmetry, symmetry, and charge SU (2) symmetry. Krylov partial space method is used to calculate the base state of the model. At the same time, the natural gradient method is used to optimize the relationship between the natural gradient and the natural gradient.

项目成果

Quantum simulations for quantum many-body systems: Variational quantum algorithms and beyond

量子多体系统的量子模拟：变分量子算法及其他

• 发表时间: 2021
• 作者: 岩谷拓実;守谷歩美;中山耕輔;本間飛鳥;加藤剛臣;川上竜平;菅原克明;相馬清吾;田中清尚;北村未歩;堀場弘司;組頭広志;高橋隆;瀬川耕司;佐藤宇史;南和宏;齊藤宣一;S. Yunoki
• 通讯作者: S. Yunoki

Quantum-inspired Search Method for Low-energy States of Classical Ising Hamiltonians

经典伊辛哈密顿量低能态的量子搜索方法

• DOI: 10.7566/jpsj.91.044005
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Ueda Hiroshi;Otsuka Yuichi;Yunoki Seiji
• 通讯作者: Yunoki Seiji

量子スピンソルバーQS3を用いた量子回路シミュレーション

使用量子自旋求解器 QS3 进行量子电路模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: 上田宏;下川統久朗
• 通讯作者: 下川統久朗

量子スピンソルバーQS3の高度化：混合スピン・超格子系への応用

量子自旋求解器QS3的进展：在混合自旋/超晶格系统中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 上田宏;下川統久朗
• 通讯作者: 下川統久朗

量子スピンシミュレータQS3の高度化

量子自旋模拟器QS3的进展

• 发表时间: 2021
• 作者: Daichi Takane;Yuya Kubota;Kosuke Nakayama;Tappei Kawakami;Kunihiko Yamauchi;Seigo Souma;Takemi Kato;Katsuaki Sugawara;Shin-ichiro Ideta;Kiyohisa Tanaka;Miho Kitamura;Koji Horiba;Hiroshi Kumigashira;Tamio Oguchi;Takashi Takahashi;Kouji Segaw;南和宏;益田隆嗣;N. Saito;近藤猛;長瀬 修;上田宏
• 通讯作者: 上田宏