Development of parameter optimization strategies of quantum circuits for ab-initio calculations

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22330
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Mitarai Kosuke 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50855111)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 量子計算 / 量子化学 / 第一原理計算

Outline of Final Research Achievements

Variational quantum eigensolver is a promising candidate for applying quantum computers to quantum chemistry calculations. It uses parameterized quantum circuits whose parameters are iteratively optimized to generate a target quantum state which is realized in real materials. In this project, a novel parameter optimization strategy that is based on a perturbative expansion of the energy expectation value on a classical computer has been developed. After mathematical formulation of the idea, the strategy is successfully tested numerically on model molecules.

Free Research Field

量子計算

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子コンピュータの最も最初の応用先として、量子化学計算が有望視されており、特に近未来量子コンピュータの利用方法として有力なのが変分量子固有値ソルバである。本研究はこれに対して効率的なパラメータの最適化方法を構築できたため、量子コンピュータの実応用に向けた一歩となるものである。また本手法は古典コンピュータ上でほぼ最適なパラメータやエネルギー値を得ることもできるため、変分量子固有値ソルバの簡易的なベンチマーク手法としても利用でき、ある与えられた問題への量子コンピュータの利用価値を古典的にある程度検証できる可能性もある。