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Entanglement-informed construction of variational quantum circuits

Joch, Alina und Uhrig, Götz und Fauseweh, Benedikt (2025) Entanglement-informed construction of variational quantum circuits. APS March Meeting, 2025-03-16 - 2025-03-22, Anaheim.

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Kurzfassung

The Variational Quantum Eigensolver (VQE) is a promising tool for simulating ground states of quantum many-body systems on noisy quantum computers. Its effectiveness relies heavily on the ansatz choice, which must be both hardware-efficient for implementation on noisy hardware and problem-specific to avoid local minima and convergence problems. Here, we explore entanglement-informed ansatz schemes that naturally emerge from specific models, aiming to balance accuracy with minimal use of two-qubit entangling gates, allowing for efficient use of techniques like quantum circuit cutting. We focus on three models of quasi-1D Hamiltonians: (i) systems with impurities acting as entanglement barriers, (ii) systems with competing long-range and short-range interactions transitioning from a long-range singlet to a quantum critical state, and (iii) random quantum critical systems. For the first model, we observe a plateau in the ansatz accuracy, controlled by the number of entangling gates between subsystems. This behavior is explained by iterative capture of eigenvalues in the entanglement spectrum. In the second model, combining long-range and short-range entanglement schemes yields the best overall accuracy, leading to global convergence in the entanglement spectrum. For the third model we use an renormalization group approach to inform the short and long-range entanglement structure of the ansatz. Our comprehensive analysis provides a new perspective on the design of ansatz schemes based on the expected entanglement structure of the approximated state.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220316/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Entanglement-informed construction of variational quantum circuits
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Joch, Alinaalina.joch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Uhrig, GötzTU DortmundNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fauseweh, BenediktBenedikt.Fauseweh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Simulation, Variational Quantum Eigensolver, Entanglement
Veranstaltungstitel:APS March Meeting
Veranstaltungsort:Anaheim
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 März 2025
Veranstaltungsende:22 März 2025
Veranstalter :APS Organisation
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Joch, Alina
Hinterlegt am:08 Dez 2025 09:59
Letzte Änderung:08 Dez 2025 10:40

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