Symmetrieverstärkter kontradiabatischer Quantenalgorithmus für Qudits

Auf Qubit-basierten variationalen Quantenalgorithmen wurde in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung festgestellt, die jedoch weiterhin mehreren Herausforderungen gegenübersteht. Hier präsentieren wir eine symmetrie-basierte Verbesserung digitalisierter kontradiabatischer Quantenalgorithmen, die für Qudits beliebiger Dimension anwendbar ist. Dieser Ansatz bietet drei Arten der Kompression im Vergleich zu herkömmlichen Variationsschaltungen. Erstens wird die Kompression der Schaltkreis-Tiefe durch kontradiabatische Protokolle erreicht. Zweitens wird die Information über das Problem komprimiert, indem Qubits durch Qudits ersetzt werden, was eine effizientere Darstellung des Problems ermöglicht. Schließlich wird die Anzahl der Parameter durch die Nutzung der Symmetrien des Systems reduziert. Wir veranschaulichen diesen Ansatz, indem wir ein graphbasiertes Optimierungsproblem -3-, eine stark verschränkte Zustandsvorbereitung, den Qutrit-W-Zustand und ein Zweikörper-Antiferromagnetisches Ising-Problem angehen. Wie unsere numerischen Ergebnisse zeigen, erreichen wir eine bessere Konvergenz mit geringerer Schaltkreis-Tiefe und weniger Messaufwand, obwohl einige identifizierte Einschränkungen bestehen, für die wir einen Workaround vorschlagen. Diese Arbeit führt zu einem besseren Design flacher variationaler Quanten-Schaltungen, was die Durchführbarkeit ihrer Implementierung auf nahen Qudit-Geräten verbessert.