TwoLocal

Qiskit が提供する、汎用のパラメータ付き回路テンプレート。 HEA の実装のひとつ。

構成要素#

要素	指定するもの	例
回転ブロック	1 量子ビットゲート	ry、rz、['ry','rz']
もつれブロック	2 量子ビットゲート	cx、cz
もつれ方	接続パターン	full、linear、circular
繰り返し	層の数	reps

名前の "two-local" は、2 量子ビットまでの操作だけで構成されることを指す。

パラメータ数#

回転ブロックが $r$ 種類、量子ビット $n$、層 $L$ のとき

$$p=r\times n\times (L+1)$$

たとえば ry のみ、$n=4$、reps=3 なら 16 個。

パラメータ数が増えると

• 表現力は上がる
• 最適化の次元が上がり、局所解が増える
• 測定回数も増える

もつれ方の選択#

パターン	CNOT 数	特徴
linear	$n-1$	隣接のみ。実機に優しい
circular	$n$	端どうしも繋ぐ
full	$n(n-1)/2$	全対全。実機では SWAP が大量に要る

実機では linear が現実的。 full は理論的な表現力は高いが、 トランスパイル後の深さが跳ね上がる。

参考文献#

• Qiskit Documentation: TwoLocal https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/api/qiskit/qiskit.circuit.library.TwoLocal
• Abhinav Kandala et al. Hardware-efficient variational quantum eigensolver for small molecules and quantum magnets. Nature 549, 2017. https://doi.org/10.1038/nature23879
• Marco Cerezo et al. Variational quantum algorithms. Nature Reviews Physics 3, 2021. https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9