変分量子固有値解法 (VQE)

量子コンピューティングの礎石

ー 変量量子固有値解法(ーVQE)はー 量子化学やー物質科学にー 量子コンピュータのーにおいてー複雑な量子系の基底状態エネルギーと波動関数を決定する上で重要な役割を果たし、分子や物質の複雑な挙動に関する洞察を提供しています。

NISQ時代のキーパーソン

ノイジー中間量子（NISQ）時代に基礎アルゴリズムとして登場したVQEは、量子化学計算における実用性の高さで脚光を浴びている。現在の量子技術の制約の中で動作するように設計されたVQEは、量子システムの研究開発において貴重な資産となっている。

VQEプロセス：量子-古典の相乗効果

VQEは量子計算と古典的な最適化技術を統合したものだ：

ハミルトニアンの定義この旅は、分子構造のような研究対象の量子系の特徴をカプセル化したハミルトニアンを定式化することから始まる。

• パラメータ化された量子回路（アンサッツ）：慎重に選択されたアンサッツ（パラメータ化された量子回路）は、系の基底状態を近似する。
• ハイブリッド量子-古典アプローチ：VQEの核心は、そのハイブリッド手法にある。古典的なオプティマイザーを用いて、アサッツのパラメーターを系統的に調整する。これは、系の基底状態に到達するために重要なハミルトニアンのエネルギーの期待値を最小化することを目的としている。
• 繰り返し最適化プロセス：VQEにおける最適化は反復プロセスであり、最大反復回数や量子測定回数（num_shots）といったユーザー定義のパラメーターによって微調整される。これにより、最小エネルギー状態に到達する精度と安定性が保証されます。

この量子と古典の相互作用の中で、VQEは、量子状態におけるハミルトニアンの期待値を測定することと、量子回路のパラメータを最適化するために古典的アルゴリズムを使用することの間で繰り返される。

VQEの応用

VQEの有用性は多くの領域に及ぶ：

• 量子化学：分子構造のモデリングにおいて極めて重要なVQEは、その化学的特性の解明を助け、創薬や材料革新の進歩を促進する。
• 材料科学：VQEは、新しい材料、特に複雑な量子挙動を持つ材料の理解と開発に大きく貢献している。
• 複雑な最適化問題化学だけでなく、VQEはロジスティクスやネットワーク設計のような分野における複雑な最適化課題への対応にも有望である。

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量子の世界をモデル化する：ClassiqのVQEで分子構造を探る！ 

プラットフォームについて https://docs.classiq.io/latest/tutorials/applications/chemistry/molecule-eigensolver/molecule-eigensolver/

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