Stabilizer configuration interaction: Finding molecular subspaces with error detection properties
Abstract: In this work, we explore a new approach to designing both algorithms and error detection codes for preparing approximate ground states of molecules. We propose a classical algorithm to find the optimal stabilizer state by using excitations of the Hartree-Fock state, followed by constructing quantum error-detection codes based on this stabilizer state using codeword-stabilized codes. Through various numerical experiments, we confirm that our method finds the best stabilizer approximations to the true ground states of molecules up to 36 qubits in size. Additionally, we construct generalized stabilizer states that offer a better approximation to the true ground states. Furthermore, for a simple noise model, we demonstrate that both the stabilizer and (some) generalized stabilizer states can be prepared with higher fidelity using the error-detection codes we construct. Our work represents a promising step toward designing algorithms for early fault-tolerant quantum computation.
- G. Q. AI., Nature 614, 676 (2023).
- L. Lin and Y. Tong, PRX Quantum 3, 010318 (2022).
- Z. Ding and L. Lin, PRX Quantum 4, 020331 (2023).
- R. Zhang, G. Wang, and P. Johnson, Quantum 6, 761 (2022).
- V. Vandaele, arXiv preprint arXiv:2407.08695 (2024).
- A. Kissinger and J. van de Wetering, arXiv preprint arXiv:1903.10477 (2019).
- J. S. Nelson and A. D. Baczewski, arXiv preprint arXiv:2403.00077 (2024).
- D. S. Abrams and S. Lloyd, Physical Review Letters 79, 2586 (1997).
- A. Anand and K. R. Brown, arXiv preprint arXiv:2312.17146 (2023a).
- A. Anand and K. R. Brown, arXiv preprint arXiv:2312.08502 (2023b).
- D. Wecker, M. B. Hastings, and M. Troyer, Physical Review A 92, 042303 (2015).
- J. S. Kottmann and A. Aspuru-Guzik, Physical Review A 105, 032449 (2022).
- A. Anand, J. S. Kottmann, and A. Aspuru-Guzik, arXiv preprint arXiv:2207.02961 (2022b).
- J. S. Kottmann, A. Anand, and A. Aspuru-Guzik, Chemical science 12, 3497 (2021a).
- A. Anand, M. Degroote, and A. Aspuru-Guzik, Machine Learning: Science and Technology 2, 045012 (2021).
- C. O. Marrero, M. Kieferová, and N. Wiebe, PRX Quantum 2, 040316 (2021).
- J. Sun, L. Cheng, and S.-X. Zhang, arXiv preprint arXiv:2403.08441 (2024).
- A. Szabo and N. S. Ostlund, Modern quantum chemistry: introduction to advanced electronic structure theory (Courier Corporation, 2012).
- T. Helgaker, P. Jorgensen, and J. Olsen, Molecular electronic-structure theory (John Wiley & Sons, 2013).
- D. Gottesman, Stabilizer codes and quantum error correction (California Institute of Technology, 1997).
- M. Van den Nest, J. Dehaene, and B. De Moor, Physical Review A 69 (2004).
- H. J. GarcÃa, I. L. Markov, and A. W. Cross, arXiv preprint arXiv:1711.07848 (2017).
- C. Gidney, Quantum 5, 497 (2021).
- C. Developers, Cirq (2024).
- A. M. Childs and N. Wiebe, arXiv preprint arXiv:1202.5822 (2012).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.