Universal quantum circuits for quantum chemistry
Notice bibliographique
Résumé
Universal gate sets for quantum computing have been known for decades, yet no universal gate set has been proposed for particle-conserving unitaries, which are the operations of interest in quantum chemistry. In this work, we show that controlled single-excitation gates in the form of Givens rotations are universal for particle-conserving unitaries. Single-excitation gates describe an arbitrary <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math> rotation on the two-qubit subspace spanned by the states <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>01</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x27E9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x27E9;</mml:mo></mml:math>, while leaving other states unchanged – a transformation that is analogous to a single-qubit rotation on a dual-rail qubit. The proof is constructive, so our result also provides an explicit method for compiling arbitrary particle-conserving unitaries. Additionally, we describe a method for using controlled single-excitation gates to prepare an arbitrary state of a fixed number of particles. We derive analytical gradient formulas for Givens rotations as well as decompositions into single-qubit and CNOT gates. Our results offer a unifying framework for quantum computational chemistry where every algorithm is a unique recipe built from the same universal ingredients: Givens rotations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,006 | 0,006 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».