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Iterative qubit coupled cluster using only clifford circuits

Brown, James und Coons, Marc P und Lloyd, Erika und Fleury, Alexandre und Bieniasz, Krzysztof und Senicourt, Valentin und Zaribafiyan, Arman (2025) Iterative qubit coupled cluster using only clifford circuits. Physica Scripta, 100 (10), Seite 105401. Institute of Physics Publishing. doi: 10.1088/1402-4896/ae0b08. ISSN 0031-8949.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/ae0b08

Kurzfassung

The performance of quantum algorithms for ground-state energy estimation is directly impacted by the quality of the initial state, where quality is traditionally defined in terms of the overlap of the input state with the target state. An ideal state preparation protocol can be characterized by being easily generated classically and can be transformed to a quantum circuit with minimal overhead while having a significant overlap with the targeted eigenstate of a given Hamiltonian. We propose a method that meets these requirements by introducing a variant of the iterative qubit coupled cluster (iQCC) approach, which exclusively uses Clifford circuits. These circuits can be efficiently simulated on a classical computer, with polynomial scaling according to the Gottesman–Knill theorem. Since the iQCC method has been developed as a quantum algorithm firstly, our variant can be mapped naturally to quantum hardware. We additionally implemented several optimizations to the algorithm enhancing its scalability. We demonstrate the algorithm’s correctness in ground-state simulations for small molecules such as H2, LiH, and H2O, and extend our study to complex systems like the titanium-based compound Ti(C5H5)(CH3)3 with a (20, 20) active space, requiring 40 qubits. Results show that the convergence of the algorithm is well-behaved, and the ground state can be represented accurately. Moreover, we show an automated workflow for restricting the qubit active space, thus relieving computational resources by considering only qubits affected by non-trivial operations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217502/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Iterative qubit coupled cluster using only clifford circuits
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brown, JamesNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-4128-4359NICHT SPEZIFIZIERT
Coons, Marc PNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-9511-2854NICHT SPEZIFIZIERT
Lloyd, ErikaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fleury, AlexandreNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0004-5273-8426NICHT SPEZIFIZIERT
Bieniasz, KrzysztofNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Senicourt, ValentinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zaribafiyan, ArmanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 Oktober 2025
Erschienen in:Physica Scripta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:100
DOI:10.1088/1402-4896/ae0b08
Seitenbereich:Seite 105401
Verlag:Institute of Physics Publishing
ISSN:0031-8949
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum computing, Quantum chemistry
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Hinterlegt von: Bieniasz, Krzysztof
Hinterlegt am:20 Okt 2025 09:49
Letzte Änderung:23 Okt 2025 11:17

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