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Titus Morris
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Quantum chemistry as a benchmark for near-term quantum computers

Alexander McCaskey et al.Nov 15, 2019
Abstract We present a quantum chemistry benchmark for noisy intermediate-scale quantum computers that leverages the variational quantum eigensolver, active-space reduction, a reduced unitary coupled cluster ansatz, and reduced density purification as error mitigation. We demonstrate this benchmark using 4 of the available qubits on the 20-qubit IBM Tokyo and 16-qubit Rigetti Aspen processors via the simulation of alkali metal hydrides (NaH, KH, RbH), with accuracy of the computed ground state energy serving as the primary benchmark metric. We further parameterize this benchmark suite on the trial circuit type, the level of symmetry reduction, and error mitigation strategies. Our results demonstrate the characteristically high noise level present in near-term superconducting hardware, but provide a relevant baseline for future improvement of the underlying hardware, and a means for comparison across near-term hardware types. We also demonstrate how to reduce the noise in post processing with specific error mitigation techniques. Particularly, the adaptation of McWeeny purification of noisy density matrices dramatically improves accuracy of quantum computations, which, along with adjustable active space, significantly extends the range of accessible molecular systems. We demonstrate that for specific benchmark settings and a selected range of problems, the accuracy metric can reach chemical accuracy when computing over the cloud on certain quantum computers.
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Ancilla-entangling Floquet kicks for accelerating quantum algorithms

C.-C. Wang et al.Jan 3, 2025
Quantum simulation with adiabatic annealing can provide insight into difficult problems that are impossible to study with classical computers. However, it deteriorates when the systems scale up due to the shrinkage of the excitation gap and thus places an annealing rate bottleneck for high success probability. Here, we accelerate quantum simulation using digital multiqubit gates that entangle primary system qubits with ancillary qubits. The practical benefits originate from tuning the ancillary gauge degrees of freedom to enhance the quantum algorithm's original functionality in the system registry. For simple but nontrivial short-ranged, infinite long-ranged transverse-field Ising models, and the hydrogen molecule model after qubit encoding, we show improvement in the time to solution by one hundred percent but with higher accuracy through exact state-vector numerical simulation in a digital-analog setting. The findings are further supported by time-averaged Hamiltonian theory. locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon Physics Subject Headings (PhySH)Quantum algorithms & computationQuantum controlQuantum feedbackQuantum formalismQuantum information processingQuantum parameter estimationQuantum protocolsQuantum simulation