Paper: Fast gradient-free optimization of excitations in variational quantum eigensolvers
Jonas Jäger · Thierry N. Kaldenbach · Max Haas · Erik Schultheis
Arxiv · 2025
Wir stellen ExcitationSolve vor, einen schnellen, global informierten gradientenfreien Optimierer für physikalisch motivierte Ansätze, die aus Anregungsoperatoren konstruiert sind, eine gängige Wahl in variativen Quanten-Eigensolvern. ExcitationSolve erweitert quantenbewusste und hyperparameterfreie Optimierer wie Rotosolve, von parametrisierten Unitären mit Generatoren G der Form G2=I, z.B. Rotationen, auf die allgemeinere Klasse von G3=G, die von den physikalisch inspirierten Anregungsoperatoren wie im unitären gekoppelten Clusteransatz gezeigt wird. ExcitationSolve bestimmt das globale Optimum entlang jedes Variationsparameters mit denselben Quantenressourcen, die gradientenbasierte Optimierer für einen Aktualisierungsschritt benötigen. Wir bieten Optimierungsstrategien sowohl für feste als auch für adaptive Variationsansätze sowie eine Multiparameter-Verallgemeinerung für die gleichzeitige Auswahl und Optimierung mehrerer Anregungsoperatoren. Wir demonstrieren die Nützlichkeit von ExcitationSolve bei der Berechnung der Energie des molekularen Grundzustands und übertreffen damit die modernsten Optimierer, die üblicherweise in variativen Quantenalgorithmen eingesetzt werden. Bei allen getesteten Molekülen in Gleichgewichtsgeometrie erreicht ExcitationSolve bemerkenswerterweise chemische Genauigkeit in einem einzigen Parameter-Sweep in einem festen Ansatz. Darüber hinaus erreicht ExcitationSolve adaptive Ansätze, die aus weniger Operatoren bestehen als bei dem gradientenbasierten adaptiven Ansatz. Schließlich zeigt ExcitationSolve Robustheit gegenüber erheblichem Rauschen in realer Quantenhardware und behält damit einen Vorteil gegenüber anderen Optimierern.
Arxiv (2025)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.05939
