The variational quantum eigensolver (VQE) is a leading strategy that exploits noisy intermediate-scale quantum (NISQ) machines to tackle chemical problems outperforming classical approaches. To gain such computational advantages on large-scale problems, a feasible solution is the QUantum DIstributed Optimization (QUDIO) scheme, which partitions the original problem into $K$ subproblems and allocates them to $K$ quantum machines followed by the parallel optimization. Despite the provable acceleration ratio, the efficiency of QUDIO may heavily degrade by the synchronization operation. To conquer this issue, here we propose Shuffle-QUDIO to involve shuffle operations into local Hamiltonians during the quantum distributed optimization. Compared with QUDIO, Shuffle-QUDIO significantly reduces the communication frequency among quantum processors and simultaneously achieves better trainability. Particularly, we prove that Shuffle-QUDIO enables a faster convergence rate over QUDIO. Extensive numerical experiments are conducted to verify that Shuffle-QUDIO allows both a wall-clock time speedup and low approximation error in the tasks of estimating the ground state energy of molecule. We empirically demonstrate that our proposal can be seamlessly integrated with other acceleration techniques, such as operator grouping, to further improve the efficacy of VQE.


翻译:变异量量乙醇(VQE)是一种主要战略,它利用噪音的中间规模量衡(NISQ)机器来解决化学问题,这比古典方法要好。为了在大规模问题上获得这种计算优势,一个可行的解决办法是QUantum Dislated Optimication(QUDIO)计划,它将原问题分成1K美元,将其分配给1K美元分解为副问题,并同时将其分配给1K美元量子机器,同时进行同步优化。尽管加速率可变,但QUDIO的效率可能因同步操作而严重降低。为了克服这一问题,我们建议Shuffle-QUDIO在量分配优化期间将打乱作业纳入当地的汉密尔顿人身上。与QUDIO、Shuffle-QUDIO(QUDIO)计划相比,它大大降低了量子处理器之间的通信频率,同时实现了更好的训练能力。我们证明Shuffle-QUDIO能够比QUDIO更快地降低速度速度。我们能够以更精确地进行地面测试。

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