論文の概要: Quantum computation of molecular response properties

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.03406v4
• Date: Mon, 27 Jul 2020 13:59:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-12 23:49:32.387053
• Title: Quantum computation of molecular response properties
• Title（参考訳）: 分子応答特性の量子計算
• Authors: Xiaoxia Cai, Wei-Hai Fang, Heng Fan, Zhendong Li
• Abstract要約: 量子コンピュータ上での線形および非線形分子応答特性の計算アルゴリズムを提案する。 一方,提案アルゴリズムの変動型ハイブリッド量子古典変種を導入し,短期量子デバイスにおいてより実用的であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.66895275733527
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Accurately predicting response properties of molecules such as the dynamic polarizability and hyperpolarizability using quantum mechanics has been a long-standing challenge with widespread applications in material and drug design. Classical simulation techniques in quantum chemistry are hampered by the exponential growth of the many-electron Hilbert space as the system size increases. In this work, we propose an algorithm for computing linear and nonlinear molecular response properties on quantum computers, by first reformulating the target property into a symmetric expression more suitable for quantum computation via introducing a set of auxiliary quantum states, and then determining these auxiliary states via solving the corresponding linear systems of equations on quantum computers. On one hand, we prove that using the quantum linear system algorithm [Harrow et al., Phys. Rev. Lett. 103, 150502 (2009)] as a subroutine the proposed algorithm scales only polynomially in the system size instead of the dimension of the exponentially large Hilbert space, and hence achieves an exponential speedup over existing classical algorithms. On the other hand, we introduce a variational hybrid quantum-classical variant of the proposed algorithm, which is more practical for near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子力学を用いた動的偏光性や超偏光性などの分子の応答特性を正確に予測することは、材料や薬物設計における長年の課題である。 量子化学における古典的なシミュレーション技術は、系の大きさが大きくなるにつれて多電子ヒルベルト空間の指数関数的成長を妨げている。 本研究では, 量子コンピュータ上での線形および非線形分子応答特性の計算アルゴリズムを提案する。まず, 量子コンピュータ上での方程式の線形系を解くことにより, 補助量子状態の集合を導入して, 量子計算に適した対称式に変換し, これらの補助状態を決定する。 一方,量子線形系アルゴリズム [harrow et al., phys. rev. lett. 103, 150502 (2009)] をサブルーチンとして用いることで,提案手法は指数関数的に大きいヒルベルト空間の次元ではなく,システムサイズの多項式のみをスケールできることを証明し,既存の古典的アルゴリズムを指数的に高速化する。 一方,提案アルゴリズムの変動型ハイブリッド量子古典変種を導入し,短期量子デバイスにおいてより実用的であることを示す。

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