Variational Quantum Eigensolver

O Variational Quantum Eigensolver (VQE) é um algoritmo híbrido quantum-clássico projetado para encontrar os eigenvalues e eigenvectors de um Hamiltoniano dado, particularmente útil para resolver problemas em química quântica e ciência de materiais. Ele aproveita os pontos fortes da computação quântica e clássica. A ideia central é usar um computador quântico para preparar um estado quântico parametrizado, frequentemente referido como 'ansatz', e então medir o valor esperado do Hamiltoniano em relação a este estado. Este valor esperado corresponde a uma estimativa de energia. Um computador clássico então pega esta estimativa de energia e usa um algoritmo de otimização clássico para ajustar os parâmetros do estado quântico, visando minimizar a energia. Este processo é iterativo: o computador quântico prepara um novo estado com base nos parâmetros atualizados, o computador clássico mede sua energia, e o otimizador atualiza os parâmetros novamente. Isso continua até que a energia convirja para um mínimo, que, de acordo com o princípio variacional, aproxima a energia do estado fundamental do Hamiltoniano. O aspecto 'variacional' refere-se ao uso do princípio variacional, que afirma que o valor esperado do Hamiltoniano para qualquer estado normalizado é sempre maior ou igual à energia do estado fundamental. A parte 'eigensolver' indica seu objetivo de encontrar eigenvalues (energias) e eigenvectors (estados). As desvantagens incluem a escolha do ansatz, que deve ser expressivo o suficiente para representar o estado fundamental real, mas raso o suficiente para ser implementável em dispositivos quânticos de escala intermediária ruidosos (NISQ) atuais. A eficiência do otimizador clássico e os níveis de ruído nas computações quânticas também impactam significativamente o desempenho do VQE.