روش های نوآورانه تراختنبرگ برای کاهش پیچیدگی محاسباتی در حل کننده متغیری مقدارویژه کوانتومی VQE

حل کننده متغیری مقدارویژه کوانتومی (VQE) یک الگوریتم هیبریدی کوانتومی-کلاسیک است که برای تخمین انرژی حالت پایه در سیستم های کوانتومی به کار می رود و در کاربردهای شیمی کوانتومی و علم مواد اهمیت دارد. با وجود پتانسیل بالای آن، هزینه محاسباتی عملیات ماتریسی و ارزیابی انرژی، مقیاس پذیری آن را برای سیستم های بزرگ محدود می کند. در این پژوهش، ما یک تکنیک بهینه سازی نوین پیشنهاد می دهیم که از سیستم تراختنبرگ، روشی برای ساده سازی عملیات حسابی، الهام گرفته شده است. هدف کاهش تعداد ضرب های ماتریسی-برداری پرهزینه و ساده سازی محاسبات مقدار انتظاری انرژی بدون کاهش چشمگیر در دقت بود. ما این روش را در چارچوب شبیه سازی کوانتومی Qiskit پیاده سازی کردیم و آن را به مسائل معمول شیمی کوانتومی اعمال نمودیم. نتایج نشان می دهند که VQE الهام گرفته از تراختنبرگ به طور قابل توجهی زمان محاسبات را کاهش داده و تا ۳۰ درصد بهبود سرعت نسبت به VQE استاندارد به همراه دارد، در حالی که دقت قابل قبولی در تخمین های انرژی حفظ می شود. این روش راهی امیدبخش برای مقیاس پذیری VQE به سیستم های کوانتومی بزرگ تر فراهم می کند و قابلیت انجام شبیه سازی های کوانتومی را در کاربردهای عملی بهبود می بخشد. کارهای آتی به بررسی اعمال این بهینه سازی ها به سایر الگوریتم های کوانتومی نظیر الگوریتم بهینه سازی تقریبی کوانتومی (QAOA) خواهند پرداخت.