---
type: "Akademik Makale Analizi"
title: "Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü: Yöntemler ve En İyi Uygulamalar Derlemesi"
description: "Kuantum kimyası ve yoğun madde fiziğinde çok elektronlu sistemlerin taban durumu enerjilerini ve elektronik yapı özelliklerini hesaplamak temel bir zorluk teşkil etmektedir. Klasik bilgisayar mimarileri, sistem boyutu büyüdükçe üssel olarak genişleyen elektron dalga fonksiyonlarını tam olarak modell"
resource: "https://makaleanalizi.com/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/varyasyonel-kuantum-ozdeger-cozucu-yontemler-ve-en-iyi-uygulamalar-derlemesi"
doi: "10.1016/j.physrep.2022.08.003"
authors: ["Jules Tilly", "Hongxiang Chen", "Shuxiang Cao", "Dario Picozzi", "Kanav Setia", "Ying Li", "Edward Grant", "Leonard Wossnig", "Ivan Rungger", "George H. Booth", "Jonathan Tennyson"]
citation: "Tilly, J., Chen, H., Cao, S., Picozzi, D., Setia, K., Li, Y., Grant, E., Wossnig, L., Rungger, I., Booth, G. H., Tennyson, J. (2022). The Variational Quantum Eigensolver: A review of methods and best practices. Physics Reports, 986, 1-128. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2022.08.003"
publicationType: "narrative-review"
discipline: "Mühendislik ve Teknoloji"
subDiscipline: "Bilgisayar ve Elektrik Mühendisliği"
evidenceCount: 10
tags: ["Kuantum hesaplama", "Varyasyonel yöntemler", "Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum cihazları", "Elektronik yapı", "Kuantum kimyası", "Çok cisim fiziği"]
timestamp: "2026-08-27T13:40:52.895Z"
---

# Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü: Yöntemler ve En İyi Uygulamalar Derlemesi

Özgün başlık: The Variational Quantum Eigensolver: A review of methods and best practices
DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2022.08.003
Künye (APA 7): Tilly, J., Chen, H., Cao, S., Picozzi, D., Setia, K., Li, Y., Grant, E., Wossnig, L., Rungger, I., Booth, G. H., Tennyson, J. (2022). The Variational Quantum Eigensolver: A review of methods and best practices. Physics Reports, 986, 1-128. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2022.08.003

Bilim alanı: [Mühendislik ve Teknoloji](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/index.md) › Bilgisayar ve Elektrik Mühendisliği

# Alan bağlamı

Kuantum kimyası ve yoğun madde fiziğinde çok elektronlu sistemlerin taban durumu enerjilerini ve elektronik yapı özelliklerini hesaplamak temel bir zorluk teşkil etmektedir. Klasik bilgisayar mimarileri, sistem boyutu büyüdükçe üssel olarak genişleyen elektron dalga fonksiyonlarını tam olarak modelleme konusunda hesaplama sınırlarıyla karşılaşmaktadır. Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum (NISQ) çağında, sınırlı kübit sayısı ve gürültüye duyarlılık altında çalışan hibrit kuantum-klasik algoritmalar öne çıkmıştır. Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü (VQE), kuantum donanımlarının gürültü toleransı ile klasik iyileştiricilerin esnekliğini birleştirerek polinom zamanda çözümler sunmayı vaat etmekte, ancak literatürdeki yöntem çeşitliliği ve ölçeklenme kısıtları bütüncül bir değerlendirme gerektirmektedir.

# Akademik özet

Kuantum kimyası ve malzeme bilimindeki karmaşık çok cisim problemlerinin çözümü, klasik bilgisayarların üssel olarak büyüyen Hilbert uzayını tam olarak simüle edememesinden kaynaklanan büyük bir hesaplama engeliyle karşı karşıyadır. Richard Feynman tarafından 1982 yılında ortaya koyulan kuantum sistemlerinin kuantum donanımlarıyla simüle edilmesi fikri, modern kuantum hesaplama teknolojilerinin temel ilham kaynağı olmuştur. Günümüz NISQ (Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum) çağında, sınırlı kübit sayıları ve hata düzeltme mekanizmalarının yokluğu nedeniyle klasik ve kuantum sistemlerini birleştiren hibrit algoritmalar zorunlu hale gelmiştir. Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü (VQE), bu kısıtlar altında moleküler ve yoğun madde sistemlerinin taban durumu enerjilerini polinom zamanda kestirmeyi hedefleyen en vaat edici yaklaşımlardan biri olarak öne çıkmaktadır.

Derlemede, VQE mimarisi adım adım çözümlemeye tabi tutulmakta ve bir algoritma boru hattı çerçevesinde ele alınmaktadır. İlk olarak Hamiltonian'ın fermiyonik uzaydan Pauli spin operatörlerine dönüştürülmesi aşamasında Jordan-Wigner, Parite ve Bravyi-Kitaev gibi genel kodlamalar ile örgü modellerine özel tutumlu dönüşümler incelenmektedir. Ardından kuantum devresinde oluşturulacak parametrik dalga fonksiyonu temsilcileri (ansatz) sınıflandırılmaktadır; donanıma duyarlı ansatze (HEA), Birimsel Eşleşmiş Küme (UCC) ve adapte edilebilir yapı büyüme yöntemleri (ADAPT-VQE) detaylandırılmaktadır. Ölçüm sayısını ve devre tekrarlarını azaltmak için gruplama stratejileri, parametre optimizasyonu için türevli ve türevsiz arama yöntemleri ile gürültünün etkisini bastırmaya yönelik hata azaltma (error mitigation) teknikleri metodolojik olarak kapsamlı biçimde değerlendirilmektedir.

Çalışmanın sunduğu analizler, VQE'nin pratik kuantum avantajı sağlamasının sanıldığı kadar kolay olmadığını ve ciddi hesaplama katsayılarıyla (pre-factors) sınırlandığını göstermektedir. Özellikle hassas enerji kestirimleri için gereken ölçüm örneklemi (shot count) sayısının yüksekliği ve sistem boyutu büyüdükçe ortaya çıkan kısır plato (barren plateau) sorunu optimizasyon sürecini zorlaştırmaktadır. Makalede yürütülen kaynak ve süre kestirimleri, tek bir kuantum işlemcisinde yürütülen VQE uygulamalarının pratik moleküler sistemler için günlerle ifade edilen süreler gerektirdiğini, bu nedenle paralel kuantum hesaplama mimarilerinin hayati önem taşıdığını ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, gürültü azaltma tekniklerinin hesaplama maliyetine getirdiği ek yüklerin de titizlikle yönetilmesi gerektiği vurgulanmaktadır.

Sonuç olarak bu kapsamlı derleme, literatürdeki dağınık VQE yaklaşımlarını tutarlı bir teorik ve pratik çerçeveye oturtarak araştırmacılar için metodolojik bir kılavuz işlevi görmektedir. Makalede ab initio moleküler yapılar ve örgü modelleri için ayrı ayrı önerilen en iyi uygulama (best practices) protokolleri, gelecekteki tez ve makale çalışmalarında devre derinliği, kübit kaynağı ve ölçüm tutumluluğu dengesinin kurulması açısından referans niteliğindedir. VQE'nin gerçek kuantum avantajına ulaşabilmesi için ölçüm şemalarının optimizasyonu, büyük ölçekli paralelleştirme, kısır platoların aşılması ve gürültü direncinin artırılması olmak üzere belirlenen dört ana araştırma ekseni, kuantum kimyası literatürünün gelecekteki yönelimlerini şekillendirmektedir.

# Araştırmanın amacı

Bu derleme çalışmasının amacı, Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü (VQE) algoritmasının tüm bileşenlerini derinlemesine incelemek, literatürdeki dağınık yöntem ve yaklaşımları sistemleştirerek en iyi uygulama ilkelerini belirlemek ve kuantum avantajına ulaşılabilmesi için gelecekteki temel araştırma alanlarını ortaya koymaktır.

# Yöntem ve tasarım

Çalışma, Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü (VQE) algoritmasının kuramsal temellerini, bileşenlerini ve uygulama adımlarını sistemik bir literatür taraması çerçevesinde inceleyen kapsamlı bir derleme yaklaşımı benimsemiştir.

# Bulgular ve önermeler

1. Yakın dönem gürültülü orta ölçekli kuantum cihazlarında (NISQ) yürütülen algoritmalar, sınırlı sayıda kübit gereksinimi ve gürültüye karşı dayanıklılık özellikleri sayesinde karmaşık hesaplamaları hibrid bir yapıda gerçekleştirme imkânı sunmaktadır.
2. VQE yöntemi, geleneksel bilgisayarlarda tam olarak simüle edilmesi imkânsız olan parametrelendirilmiş dalga fonksiyonları üzerinde gözlemlenebilir büyüklüklerin olasılıksal ölçümünü polynomial karmaşıklıkla gerçekleştirme potansiyeline sahiptir.
3. İdeal varsayımlara rağmen tek bir kübit seti üzerinde yürütülen VQE uygulamalarının toplam çalışma süresi, pratik kullanım için kabul edilebilir sınırların çok üzerindedir ve yöntemin başarısı doğrudan paralelleştirme kapasitesine bağlıdır.
4. VQE algoritmalarında paralelleştirme yaklaşımı, gerekli olan toplam ölçüm sayısını (shot) farklı kübit gruplarına bölüştürerek çalışma zamanı maliyetini donanım maliyetine dönüştürme imkânı sağlamaktadır.

# Yazarın tartışması

İncelenen literatür bulguları, NISQ çağında kuantum bilgisayarların sınırlı kübit sayıları ve yüksek gürültü seviyelerine rağmen VQE gibi hibrit yapılar üzerinden kuantum kimyası ve katıhal fiziğindeki temel sorunlara çözüm sunabileceğini göstermektedir. Dalga fonksiyonunun parametrik kuantum devreleriyle temsil edilmesi, klasik hesaplamalardaki üstel karmaşıklık engelini aşma imkânı tanımaktadır.

Yazarlar, teorik üstünlük iddialarına karşın tekil bir kuantum devresi üzerinde yürütülen VQE optimizasyonlarının ön çarpan maliyetlerinin oldukça yüksek olduğunu belirtmektedir. Kimyasal hassasiyete ulaşmak için gereken ölçüm ve yineleme sayısının çokluğu, algoritmanın pratik zaman ölçeklerinde tamamlanmasını zorlaştıracak temel bir darboğaz oluşturmaktadır.

Tartışma bölümünde literatürdeki kaynak tahmini çalışmalarıyla kurulan paralellik doğrultusunda, VQE'nin klasik yöntemleri geride bırakabilmesi için paralel kuantum işlemci mimarilerine olan bağımlılığı öne çıkarılmaktadır. Çalışma zamanı yükünün donanım genişlemesine aktarılması, yöntemin uygulanabilirliği açısından tek geçerli yol olarak değerlendirilmektedir.

Sonuç olarak, VQE algoritmasının gelecekteki başarısının donanım gelişiminin yanı sıra dört temel alandaki araştırmalara bağlı olduğu vurgulanmaktadır. Ölçüm stratejilerinin optimize edilmesi, çorak platoların engellenmesi, paralelleştirme algoritmalarının olgunlaşması ve etkin hata azaltma yöntemlerinin entegrasyonu kuantum avantajının belirleyicileri olacaktır.

# Yazarın sonucu

Derleme sonuçunda, Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücünün yakın dönem kuantum donanımlarında pratik kuantum avantajı sunabilmesi için en uygun ölçüm şemalarının geliştirilmesi, kuantum işlemciler arasında geniş ölçekli paralelleştirme yapılması, çorak plato probleminin aşılması ve gürültü azaltma tekniklerinin ölçeklenebilir biçimde uygulanması gerektiği ifade edilmiştir.

# Literatürdeki işlevi

Varyasyonel Kuantum Özdeğer Çözücü (VQE) konusunu ele alan bu kapsamlı derleme, gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) çağında kuantum hesaplama literatüründe merkezi bir rehber işlevi üstlenmektedir. Çalışma, kuantum kimyası ve yoğun madde fiziğindeki taban durumu enerjisi hesaplamalarına odaklanarak VQE algoritmasının tüm aşamalarını sistematik bir biçimde bir araya getirmektedir. Literatürde dağınık halde bulunan Hamiltonian temsil biçimleri, ansätz seçimleri, optimizasyon stratejileri ve hata azaltma tekniklerini bütüncül bir yapıda birleştirerek araştırmacılara metodolojik bir harita sunmaktadır.

Önceki çalışmalarla ilişkisi: Çalışma, Peruzzo ve arkadaşları (2014) ile McClean ve arkadaşlarının (2016) kurduğu teorik temeller üzerine inşa edilmiş olup, literatürdeki münferit iyileştirme önerilerini ve yöntem tartışmalarını geniş bir çerçevede sentezlemektedir. Önceki araştırmalarda sıklıkla göz ardı edilen ön çarpan maliyetleri, çalışma zamanı ölçeklenmesi ve ölçüm darboğazları bu derlemede ayrıntılı biçimde ele alınmaktadır. Yazar kadrosu, klasik hesaplamalı kimyasal yöntemler ile kuantum faz kestirimi (QPE) gibi alternatif kuantum algoritmalarını karşılaştırarak VQE'nin literatürdeki özgün konumunu ve pratik kısıtlarını belirginleştirmektedir.

Literatür taramasına katkısı: Derleme, VQE alanındaki karmaşık ve parçalı literatürü anlaşılır kılmanın ötesinde, algoritmik performansın değerlendirilmesine yönelik en iyi uygulamalar (best practices) ilkelerini tanımlayarak akademik literatüre özgün bir katkı sağlamaktadır. Kuantum avantajına ulaşma yolundaki öncelikli engelleri nitel ve nicel boyutlarıyla kategorize ederek gelecekteki araştırma gündemini belirlemektedir. Ölçüm sayılarının azaltılması, paralelleştirme imkânları, çorak plato probleminin aşılması ve gürültü azaltma yöntemlerinin entegrasyonu gibi alanlarda sunulan analitik altyapı, araştırmacıların metodolojik tercihlerini bilimsel esaslara dayandırmalarına olanak tanımaktadır.

# Tez ve makale araştırmalarında kullanım

- **Gürültülü orta ölçekli kuantum (NISQ) çağında VQE algoritmalarının teorik potansiyeli ve pratik ölçeklenme darboğazları kapsamlı bir literatür bağlamında incelenmelidir.** — Derleme ve literatür taraması bölümlerinde NISQ dönemi kuantum cihazlarının kısıtlarını ve VQE algoritmasının bu donanımlardaki yerini kuramsal bir altyapıyla sunmak için kullanılır.
- **VQE algoritmasında pratik kuantum avantajına ulaşılması, optimizasyon karmaşıklığı, gürültü ve ölçüm sayıları gibi ön çarpan maliyetlerinin aşılmasına bağlıdır.** — Kavramsal çerçeve oluşturulurken kuantum üstünlüğü ve kuantum avantajı kavramları arasındaki farkı açıklamak ve donanım gereksinimlerini ölçekleme analiziyle desteklemek amacıyla kullanılır.
- **Tekil kuantum işlemcilerinde yürütülen VQE optimizasyonlarının zaman maliyeti pratik sınırları aştığı için geniş ölçekli paralelleştirme kaçınılmaz bir gereksinimdir.** — Tartışma bölümünde elde edilen hesaplama sürelerinin pratik uygulanabilirliğini değerlendirmek ve donanım paralelleştirme stratejilerini gerekçelendirmek amacıyla yararlanılır.

# Türetilebilir araştırma soruları

- **Farklı kuantum işlemci kümeleri arasında VQE shot sayılarının paralelleştirilmesi pratik zaman maliyetini ne oranda düşürmektedir?**
  - Desen: Çoklu kübit simülasyon ortamında moleküler Hamiltonian bileşenleri paralel kübit gruplarına bölüştürülür, ölçüm süreleri ve donanım iletişim yükleri analiz edilerek zaman-donanım takası değerlendirilir.
  - Gerekçe: Yazarlar VQE'nin tekil kübit setlerinde pratik olmadığını ve shot sayılarının farklı kübit gruplarına bölünerek çalışma süresinin donanım maliyetine dönüştürülebileceğini göstermiştir.
- **Derin kuantum devrelerinde katmanlı ilklendirme yaklaşımları çorak plato problemini engelleyerek VQE optimizasyon hızını artırır mı?**
  - Desen: Geniş parametreli VQE ansätz yapıları için Rastgele ve Katmanlı ilklendirme yöntemleri karşılaştırılır; gradyan büyüklükleri ve optimizasyon adım sayıları istatistiksel analizle değerlendirilir.
  - Gerekçe: Makale, geniş sistem boyutlarında gradyanların kaybolması problemini VQE'nin pratik başarısı önündeki dört temel açık araştırma alanından biri olarak belirlemiştir.
- **Pauli dize gruplamalarında birimsel bölmeleme stratejisi VQE için gereken toplam ölçüm tekrarını ne kadar azaltmaktadır?**
  - Desen: Çeşitli moleküler sistemlerin Hamiltonian tiplemeleri oluşturulur, standart gruplama ile birimsel bölmeleme teknikleri uygulanarak ölçüm sayıları karşılaştırmalı olarak simüle edilir.
  - Gerekçe: Çalışmada, VQE ölçüm yükünün azaltılması için en uygun ölçüm şemalarının geliştirilmesi kuantum avantajına ulaşmada birincil öncelikli araştırma alanı olarak sunulmaktadır.

# Kaynak izleri

Her iddia, özgün yayının belirtilen sayfasındaki birebir alıntıya bağlıdır.

| Kanıt | Bölüm | PDF sayfası | Basılı sayfa | Alıntı |
|---|---|---|---|---|
| ev-o-1 | Abstract | 1 | 1 | The variational quantum eigensolver (or VQE), first developed by Peruzzo et al. (Nature Comm.5, 4213 (2014)), has received significant attention from the research community in rece |
| ev-s-1 | Abstract | 1 | 1 | This review aims at disentangling the relevant literature to provide a comprehensive overview of the progress that has been made on the different parts of the algorithm |
| ev-s-2 | 1. Introduction | 4 | 4 | Algorithms running on these restricted devices may require only a small number of qubits, show some degree of noise resilience, and are often cast as hybrid algorithms |
| ev-s-3 | 2.7.1. Cost and runtime estimates for VQE | 25 | 25 | it is clear that the time cost of VQE implemented on a single set of qubits remains orders of magnitude too large to be realistically viable, pointing to the dependence of the meth |
| ev-s-4 | 2.3. Advantage argument, assumptions, and limitations of the VQE | 11 | 11 | The VQE allows for the probabilistic measurement of observables over certain classes of parameterized approximate wavefunctions, which can neither be sampled from nor have their pr |
| ev-s-5 | 2.7.2. Parallelization potential of the VQE | 25 | 25 | Parallelism of the VQE offers a direct way to convert runtime cost into hardware cost by splitting the shots required onto different sets of qubits |
| ev-l-1 | 1. Introduction | 1 | 1 | The variational quantum eigensolver (or VQE), first developed by Peruzzo et al. (Nature Comm.5, 4213 (2014)), has received significant attention from the research community in rece |
| ev-l-2 | 1. Introduction | 1 | 1 | We identify four main areas of future research:(1) optimal measurement schemes for reduction of circuit repetitions required; (2) large scale parallelization across many quantum co |
| ev-l-3 | 1. Introduction | 4 | 4 | NISQ devices are near-term quantum computers, with a limited number of qubits, and too few physical qubits to implement robust error correction schemes. |
| ev-l-4 | 2.7.2. Parallelization potential of the VQE | 25 | 25 | Parallelism of the VQE offers a direct way to convert runtime cost into hardware cost by splitting the shots required onto different sets of qubits |

# İlgili kavramlar

- [Kuantum Hesaplama: Temeller, Algoritmalar ve Gelişmekte Olan Uygulamalar](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/kuantum-hesaplama-temeller-algoritmalar-ve-gelismekte-olan-uygulamalar.md)
- [Türkiye’de Kentli Hakkı Olarak Dijital Yönetişim ve Mobil Katılım](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/turkiyede-kentli-hakki-olarak-dijital-yonetisim-ve-mobil-katilim.md)
- [Üretken Yapay Zekanın Eğitim Reformunu Güçlendirmesi: Mevcut Durum, Sorunlar ve Gelecek Beklentileri](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/uretken-yapay-zekanin-egitim-reformunu-guclendirmesi-mevcut-durum-sorunlar-ve-gelecek-beklentileri.md)
- [Dogal Dil Uretim Modellerinde Insan-Bilgisayar Etkileşimi ve Gorsellestirme: Uygulamalar, Zorluklar ve Firsatlar](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/dogal-dil-uretim-modellerinde-insan-bilgisayar-etkilesimi-ve-gorsellestirme-uygulamalar-zorluklar-ve-firsatlar.md)
- [Kuantum Hesaplama Sistemleri İcin Uygulama Odakli Performans Karşılaştırma Testleri ve Hacimsel Analiz Yöntemi](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/kuantum-hesaplama-sistemleri-icin-uygulama-odakli-performans-karsilastirma-testleri-ve-hacimsel-analiz-yontemi.md)
- [Perceval: Ayrık Değişkenli Fotonik Kuantum Hesaplama İçin Bir Yazılım Platformu](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/perceval-ayrik-degiskenli-fotonik-kuantum-hesaplama-icin-bir-yazilim-platformu.md)
- [Nükleer Manyetik Rezonans Deneylerinin İyon Tuzağı Kuantum Bilgisayarlarında Dijital Kuantum Simülasyonu](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/nukleer-manyetik-rezonans-deneylerinin-iyon-tuzagi-kuantum-bilgisayarlarinda-dijital-kuantum-simulasyonu.md)
- [Kuantum Varyasyonel Algoritmalar Tuzaklarla Doludur: Çorak Platoların Ötesinde Eğitilebilirlik Analizi](/okf/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/kuantum-varyasyonel-algoritmalar-tuzaklarla-doludur-corak-platolarin-otesinde-egitilebilirlik-analizi.md)

# Şeffaflık

- Analiz tarihi: 2026-08-27T13:40:52.895Z
- Kanıt sayısı: 10
- Üretim sürümü: makale-analizi-v3.0.0
- Kanonik sayfa: https://makaleanalizi.com/muhendislik-ve-teknoloji/bilgisayar-ve-elektrik-muhendisligi/varyasyonel-kuantum-ozdeger-cozucu-yontemler-ve-en-iyi-uygulamalar-derlemesi