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变分混合量子经典算法理论。 (英语) Zbl 1456.81149号

摘要:与目前可用的算法相比,许多量子算法都有令人望而生畏的资源需求。为了解决这一差异,开发了一种称为“量子变分特征解算器”的量子-经典混合优化方案,其原理是,当与经典例程结合使用时,即使是最小的量子资源也可以发挥作用。在这项工作中,我们扩展了该算法的一般理论,并针对实际实现提出了算法改进建议。具体来说,我们发展了一个变分绝热解,并研究了幺正耦合簇,其中我们通过指数算子分裂的松弛,建立了二阶幺正耦簇到泛门集的连接。我们引入了量子变分误差抑制的概念,允许在阈值前的量子器件上自然地抑制该算法中的一些误差。此外,我们分析了哈密顿平均中的截断和相关采样,作为降低该过程成本的方法。最后,我们展示了现代无导数优化技术的使用如何比以前使用的优化技术节省多达三个数量级的计算量。

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81页68 量子计算
81页73 量子计算和通信处理的计算稳定性和纠错码

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参考文献:

[1] Peruzzo A、McClean J、Shadbolt P、Yung M-H、Zhou X-Q、Love P J、Aspuru-Guzik A和O’Brien J L,2014年国家公社。5 4213 ·doi:10.1038/ncomms5213
[2] Page L、Brin S、Motwani R和Winograd T 1999年PageRank引文排名:给网络带来秩序(http://ilpubs.stanford.edu:8090/422/1/1999-66.pdf格式)
[3] 库卢姆J 1994SIAM版本。36 301 ·数字对象标识代码:10.1137/1036077
[4] Golub G H和van der Vorst H A 2000J.计算。申请。数学。123 35 ·Zbl 0965.65057号 ·doi:10.1016/S0377-0427(00)00413-1
[5] 费曼R P 1982国际J.Theor。物理学。21 467 ·doi:10.1007/BF02650179
[6] 艾布拉姆斯·D·S和劳埃德·S 1997物理学。修订稿。79 4 ·doi:10.1103/PhysRevLett.79.2586
[7] 艾布拉姆斯·D·S和劳埃德·S 1999物理学。修订稿。83 5162 ·doi:10.1103/PhysRevLett.83.5162
[8] Aspuru-Guzik A、Dutoi A D、Love P J和Head-Gordon M 2005年科学类309 1704 ·doi:10.1126/科学.1113479
[9] 拉尼恩B P2010自然化学。2 106 ·doi:10.1038/nchem.483
[10] 陆德、徐恩、徐瑞、陈浩、龚J、彭X和杜J 2011物理学。修订稿。107 020501 ·doi:10.10103/物理通讯.107.020501
[11] Aspuru-Guzik A和Walther P 2012自然物理学。8 285 ·doi:10.1038/nphys2253
[12] 王毅2015美国化学会纳米9 7769-74年·doi:10.1021/csnano.5b01651
[13] Wang H、Kais S、Aspuru-Guzik A和Hoffmann M R,2008年物理学。化学。化学。物理学。10 5388 ·doi:10.1039/b804804e
[14] Whitfield J D、Biamonte J和Aspuru-Guzik A,2011年摩尔物理学。109 735 ·doi:10.1080/00268976.2011.552441
[15] Kassal I、Whitfield J D、Perdomo-Ortiz A、Yung M-H和Aspuru-Guzik A,2011年Ann.Rev.物理。化学。62 185 ·doi:10.1146/annurev-physchem-032210-103512
[16] Seeley J T、Richard M J和Love P J 2012化学杂志。物理学。137 224109 ·doi:10.1063/1.4768229
[17] Wecker D、Bauer B、Clark B K、Hastings M B和Troyer M 2014年物理学。版次。甲90 022305·doi:10.1103/PhysRevA.90.022305
[18] Kais S 2014年化学物理、量子信息和化学计算的进展第154卷(纽约:威利)·Zbl 1287.81008号 ·数字对象标识代码:10.1002/9781118742631
[19] Hastings M B、Wecker D、Bauer B和Troyer M 2015年量子信息计算。15 1
[20] Poulin D、Hastings M B、Wecker D、Wiebe N、Doherty A C和Troyer M 2014年arXiv:1406.4920
[21] McClean J R、Babbush R、Love P J和Aspuru-Guzik A,2014年《物理学杂志》。化学。莱特。5 4368 ·doi:10.1021/jz501649m
[22] Babbush R、McClean J R、Wecker D、Aspuru-Guzik A和Wiebe N,2015年物理学。版次。甲91 022311·doi:10.1103/PhysRevA.91.022311
[23] 惠特菲尔德J D 2013化学杂志。物理学。139 021105 ·doi:10.1063/1.4812566
[24] 惠特菲尔德J D 2015 arXiv:1502.03771
[25] Babbush R、Berry D W、Kivlichan I D、Wei A Y、Love P J和Aspuru-Guzik A 2015a arXiv:1506.01020
[26] Babbush R、Berry D W、Kivlichan I D、Wei A Y、Love P J和Aspuru-Guzik A 2015b arXiv:1506.01029
[27] Veis L和Pittner J 2014年化学杂志。物理学。140 214 111·数字对象标识代码:10.1063/1.4880755
[28] Toloui B和Love P J 2013年arXiv:1312.2579
[29] 鳟鱼C J和布朗K R 2015国际量子化学杂志。115 1296 ·doi:10.1002/qua.24856
[30] Huh J、Guerreschi G G、Peropadre B、McClean J R和Aspuru-Guzik A,2015年自然光子学9 615 ·doi:10.1038/nphoton.2015.153
[31] Neven H、Rose G和Macready W G 2008 arXiv:0804.4457
[32] Babbush R、Love P J和Aspuru-Guzik A,2014年科学。代表。4 6603 ·doi:10.1038/srep06603
[33] Yung M H、Casanova J、Mezzacapo A、McClean J R、Lamata L、Aspuru-Guzik A和Solano E 2014年科学。代表。4 1 ·doi:10.1038/srep03589
[34] Shen Y、Zhang X、ZhangS、Zhang-J-N、Yung M-H和Kim K 2015年arXiv:1506.00443
[35] Wang L和Zunger A 1994化学杂志。物理学。100 2394 ·doi:10.1063/1.466486
[36] Lester W A、Hammond B和Reynolds P J,1994年从头算量子化学中的蒙特卡罗方法(新加坡:世界科学)
[37] Kassal I、Jordan S P、Love P J、Mohseni M和Aspuru-Guzik A,2008年程序。国家。阿卡德。科学。美国105 18681 ·doi:10.1073/pnas.0808245105
[38] Welch J、Greenbaum D、Mostame S和Aspuru-Guzik A,2014年新J.Phys。16 033040 ·Zbl 1451.81156号 ·doi:10.1088/1367-2630/16/3/033040
[39] Jordan P和Wigner E 1928年Z.物理。47 631 ·doi:10.1007/BF01331938
[40] Somma R、Ortiz G、Gubernatis J、Knill E和Laflamem R,2002年物理学。版次。A 65 17号·doi:10.1103/PhysRevA.65.042323
[41] Bravyi S和Kitaev A 2000安·物理。298 18
[42] Tranter A、Sofia S、Seeley J、Kaicher M、McClean J、Babbush R、Coveney P V、Mintert F、Wilhelm F和Love P J,2015年国际量子化学杂志。115 1431 ·doi:10.1002/qua.24969
[43] Helgaker T、Jorgensen P和Olsen J,2014年分子电子结构理论(纽约:威利)
[44] Bartlett R J和MusiałM 2007年修订版Mod。物理学。79 291 ·doi:10.1103/RevModPhys.79.291
[45] Götze O、Farnell D J J、Bishop R F、Li P H Y和Richter J,2011年物理学。版次。乙84 224428·doi:10.1103/PhysRevB.84.224428
[46] Laidig W D和Bartlett R J 1984年化学。物理学。莱特。104 424 ·doi:10.1016/0009-2614(84)85617-1
[47] MusiałM、Perera A和Bartlett R J,2011年化学杂志。物理学。134 114108 ·数字对象标识代码:10.1063/1.3567115
[48] Mora C E和Briegel H J 2005物理学。修订稿。95 200503 ·doi:10.1103/PhysRevLett.95.200503
[49] Gross D、Flammia S T和Eisert J 2009年物理学。修订稿。102 190501 ·doi:10.1103/PhysRevLett.102.190501
[50] Cai Y、Nguyen H、Le和Scarani V 2015年安·物理。(柏林)527 684-700 ·Zbl 1329.81152号 ·doi:10.1002/和p.201400199
[51] 温斯坦D 1934程序。国家。阿卡德。科学。美国20 529 ·doi:10.1073/pnas.20.9.529
[52] 麦克唐纳J 1934物理学。版次。46 828 ·doi:10.1103/PhysRev.46.828
[53] Delos J B和Blinder S M 1967年化学杂志。物理学。47 2784 ·doi:10.1063/1.1712298
[54] Farhi E、Goldstone J、Gutmann S和Sipser M 2000 arXiv:quant-ph/0001106
[55] Farhi E、Goldstone J、Gutmann S、Lapan J、Lundgren A和Preda D,2001年科学类292 472 ·Zbl 1226.81046号 ·数字对象标识代码:10.1126/science.1057726
[56] Boixo S和Somma研发2010物理学。版次。电话:81 032308·doi:10.1103/PhysRevA.81.032308
[57] 1928年出生于M和福克五世Z.物理。51 165 ·doi:10.1007/BF01343193
[58] Roland J和Cerf N J 2002物理学。版次。甲65 042308·doi:10.1103/PhysRevA.65.042308
[59] Bookatz A D、Farhi E和Zhou L 2014年arXiv:1407.1485
[60] Steffen M、van Dam W、Hogg T、Breyta G和Chung I,2003年物理学。修订稿。90 067903 ·doi:10.1103/PhysRevLett.90.067903
[61] 奥伯格J、库尔特D和舍克维斯特E 2005物理学。版次。甲71 060312·doi:10.1103/PhysRevA.71.060312
[62] Crosson E、Farhi E、Yen-Yu Lin C、Lin H-H和Shor P 2014年arXiv:1401.7320
[63] Farhi E、Goldstone J和Gutmann S 2002 arXiv:quant-ph/0208135
[64] Hofmann M和Schaller G,2014年物理学。版次。甲89 032308·doi:10.1103/physreva.89.032308
[65] Zeng L、Zhang J和Sarovar M 2015年arXiv:1505.00209
[66] Aharonov D、Van Dam W、Kempe J、Landau Z、Lloyd S和Regev O,2008年SIAM版本。50 755 ·Zbl 1152.81008号 ·doi:10.1137/080734479
[67] Bellman R、Pontryagin L S、Boltyanskii V G、Gamkrelidze R V、Mishchenko E F、Trirogoff K N和Neustadt L W 1965年计量经济学33 252 ·doi:10.2307/1911909
[68] Rahmani A、Kitagawa T、Demler E和Chamon C,2013年物理学。版次。甲87 043607·doi:10.1103/PhysRevA.87.043607
[69] Taube A G和Bartlett R J 2006国际量子化学杂志。106 3393 ·doi:10.1002/qua.21198
[70] 采季克J 1966化学杂志。物理学。45 4256 ·doi:10.1063/1.1727484
[71] 拉加瓦查里K 1985化学杂志。物理学。82 4607·数字对象标识代码:10.1063/1.448718
[72] Urban M、Noga J、Cole S J和Bartlett R J 1985年化学。物理学。83 4041
[73] Raghavachari K、Trucks G W、Pople J A和Head-Gordon M 1989年化学。物理学。莱特。157 479 ·doi:10.1016/S0009-2614(89)87395-6
[74] Coester F和Kümmel H 1960编号。物理学。17 477 ·兹比尔0094.43903 ·doi:10.1016/0029-5582(60)90140-1
[75] SchmalfußD、Darradi R、Richter J、Schulenburg J和Ihle D,2006年物理学。修订稿。97 157201 ·doi:10.1103/PhysRevLett.97.157201
[76] Kuprov I、Wagner-Rundell N和Hore P,2007年J.马格纳。Reson公司。189 241 ·doi:10.1016/j.jmr.2007.09.014
[77] Trotter H F 1959年程序。美国数学。Soc公司。10 545 ·Zbl 0099.10401号 ·doi:10.1090/S0002-9939-1959-0108732-6
[78] 铃木M 1993程序。日本科学院。序列号。乙69 161-6·doi:10.2183/pjab.69.161
[79] Nielsen M A、Dowling M R、Gu M和Doherty A C 2006年科学类311 1133 ·Zbl 1226.81049号 ·doi:10.1126/science.1121541
[80] 2010年尼尔森并购和创投量子计算与量子信息(剑桥:剑桥大学出版社)·Zbl 1288.81001号 ·doi:10.1017/CBO9780511976667
[81] Schwarz M、Temme K和Verstraete F 2012物理学。修订稿。108 110502 ·doi:10.1103/PhysRevLett.108.110502
[82] Shavitt I和Bartlett R J,2009年化学和物理中的多体方法(剑桥:剑桥大学出版社(CUP))·doi:10.1017/CBO9780511596834
[83] Cársky P、Paldus J和Pittner J(ed),2010年耦合簇方法的最新进展(柏林:施普林格)·doi:10.1007/978-90-481-2885-3
[84] Wiebe N和Granade C E 2015年arXiv:1508.00869
[85] Hammersley J和Morton K 1956年数学。程序。剑桥52 449 ·Zbl 0071.35404号 ·doi:10.1017/S0305004100031455
[86] Kalos M H和Whitlock P A 2008蒙特卡罗方法(纽约:威利)·兹比尔1170.65302 ·doi:10.1002/9783527626212
[87] Banaszek K、D'ariano G、Paris M和Sacchi M 1999年物理学。版次。甲61 010304·doi:10.1103/PhysRevA.61.010304
[88] Foley J J和Mazziotti D A 2012物理学。版次。甲86 012512·doi:10.1103/PhysRevA.86.012512
[89] Mazziotti D A 1998年物理学。版次。甲57 4219·doi:10.1103/PhysRevA.57.4219
[90] Mazziotti D A 2006年物理学。修订稿。97 143002 ·doi:10.1103/PhysRevLett.97.14302
[91] Kempe J、Kitaev A和Regev O,2006年SIAM J.计算。35 1070 ·Zbl 1102.81032号 ·doi:10.1137/S0097539704445226
[92] Poulin D、Qarry A、Somma R和Verstraete F,2011年物理学。修订稿。106 170501 ·doi:10.1103/PhysRevLett.106.170501
[93] Nocedal J和Wright S 2006数值优化(柏林:施普林格)·Zbl 1104.65059号
[94] Rios L M和Sahinidis N V 2013J.全球优化。56 1247 ·Zbl 1272.90116号 ·doi:10.1007/s10898-012-9951-y
[95] Holmström K、Göran A和Edvall m 2015年TOMLAB用户指南
[96] Wecker D、Hastings M B和Troyer M 2015年arXiv:1507.08969
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