潘建伟、陆朝阳团队提出“薛定谔-海森堡”变分量子算法｜PRL

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、尚仲夏、陈明城等提出一种新型的“薛定谔-海森堡”变分量子算法。

作为对传统变分量子算法的改进，此新算法可以在不引入额外硬件资源的前提下大幅提升等效量子线路的深度从而增加可求解问题的范围。

相关论文近日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

变分量子算法作为一种量子经典混合算法通过经典优化器和参数化量子线路的合作实现对组合优化，量子多体以及量子化学等问题的求解。

由于其内禀的抗噪声能力以及对于线路深度相对较低的要求，变分量子算法成为中等规模含噪声量子计算机的主要候选算法之一。

通过变分量子算法求解非平凡的上述问题通常需要随比特数线性甚至更高级别增长的线路深度，这是现有大部分量子硬件难以实现的任务。

为了进一步降低变分量子算法的硬件要求，研究组经过研究发现可以通过在问题哈密顿量上作用一个虚拟的量子线路来增加等效的线路深度。

此虚拟线路由任意克里福德门加一层单比特门构成，其特殊的结构使其可以在经典范围内有效计算。

数值实验发现对于12比特系统，薛定谔海森堡变分量子算法仅需要4层真实的量子线路就可以实现40层的表达能力。后续对于XXZ自旋模型以及化学分子的数值实验也体现了其优秀的性能提升。

图｜算法结构

图｜算法对深度的要求大大降低

此工作可以有效提升中等规模含噪声量子计算机的应用前景并为后续量子算法的研究提供启发。

论文链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.060406