Measurement optimization of variational quantum simulation by classical shadow and derandomization
Notice bibliographique
Résumé
Simulating large quantum systems is the ultimate goal of quantum computing. Variational quantum simulation (VQS) gives us a tool to achieve the goal in near-term devices by distributing the computation load to both classical and quantum computers. However, as the size of the quantum system becomes large, the execution of VQS becomes more and more challenging. One of the most severe challenges is the drastic increase in the number of measurements; for example, the number of measurements tends to increase by the fourth power of the number of qubits in a quantum simulation with a chemical Hamiltonian. This work aims to dramatically decrease the number of measurements in VQS by recently proposed shadow-based strategies such as classical shadow and derandomization. Even though previous literature shows that shadow-based strategies successfully optimize measurements in the variational quantum optimization (VQO), how to apply them to VQS was unclear due to the gap between VQO and VQS in measuring observables. In this paper, we bridge the gap by changing the way of measuring observables in VQS and propose an algorithm to optimize measurements in VQS by shadow-based strategies. Our theoretical analysis not only reveals the advantage of using our algorithm in VQS but theoretically supports using shadow-based strategies in VQO, whose advantage has only been given numerically. Additionally, our numerical experiment shows the validity of using our algorithm with a quantum chemical system.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».