Variational quantum algorithms (VQAs) are expected to establish valuable applications on near-term quantum computers. However, recent works have pointed out that the performance of VQAs greatly relies on the expressibility of the ansatzes and is seriously limited by optimization issues such as barren plateaus (i.e., vanishing gradients). This work proposes the state efficient ansatz (SEA) for accurate ground state preparation with improved trainability. We show that the SEA can generate an arbitrary pure state with much fewer parameters than a universal ansatz, making it efficient for tasks like ground state estimation. Then, we prove that barren plateaus can be efficiently mitigated by the SEA and the trainability can be further improved most quadratically by flexibly adjusting the entangling capability of the SEA. Finally, we investigate a plethora of examples in ground state estimation where we obtain significant improvements in the magnitude of cost gradient and the convergence speed.


翻译:预计变化量子算法(VQAs)将在近期量子计算机上建立有价值的应用。然而,最近的工程指出,VQAs的性能在很大程度上依赖于肛门的可见性,而且严重受限于诸如贫瘠高原(即渐变梯度)等优化问题的严重限制。这项工作提议采用国家高效的 ansatz (SEA) 来精确地准备地面状态,提高培训能力。我们表明,SEA 能够产生一种任意的纯度,其参数比通用的 ansatz 少得多,从而能够有效地完成地面状态估计等任务。 然后,我们证明,SEA可以有效地减轻不育高原,而通过灵活调整SEA的趋同能力,可进一步提高培训能力。最后,我们调查了无数的地面状态估计实例,在那里,我们在成本梯度和汇合速度方面有了显著的改进。

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