Optimización sustitutiva de circuitos cuánticos variacionales

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Física computacional
• Algoritmos de optimización

Sus antecedentes:

• Los propios solucionadores cuánticos variacionales (VQE) son algoritmos cuánticos prometedores a corto plazo.
• Los métodos actuales de EQV se enfrentan a desafíos con la optimización en entornos ruidosos, lo que limita las aplicaciones prácticas y las reclamaciones de ventajas cuánticas.
• La convergencia mejorada es crucial para acelerar las capacidades del hardware cuántico a corto plazo.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar un nuevo enfoque de optimización de sustitución para algoritmos cuánticos variacionales.
• Abordar los desafíos de la convergencia de la optimización en presencia de ruido para la EQV.
• Mejorar la eficiencia y aplicabilidad de los métodos híbridos cuántico-clásicos.

Principales métodos:

• Utilizó la simulación de circuitos modernos y las técnicas de optimización clásica estocástica.
• Desarrolló un enfoque de optimización sustituto que combina simuladores de vectores de estado aproximado clásicos (CPU / GPU) con unidades de procesamiento cuántico (QPU).
• Empleado un Hessian aproximado calculado a través de la simulación clásica como entrada para simuladores de circuitos cuánticos o exactos, lo que permite la paralelización a través de QPU.

Principales resultados:

• Implementó con éxito un método de optimización de sustituto para circuitos cuánticos.
• Se ha demostrado la eficacia del enfoque con y sin muestreo de ruido.
• Realizamos una demostración de principio en una unidad de procesamiento cuántico de 40 qubits.

Conclusiones:

• El enfoque de optimización subrogada mejora significativamente la convergencia de los algoritmos cuánticos variacionales.
• Este método ofrece una estrategia viable para acelerar las capacidades de hardware cuántico a corto plazo para VQE y otras tareas de optimización híbrida.
• La naturaleza paralelizable del enfoque lo hace adecuado para escalar a través de múltiples unidades de procesamiento cuántico.