論文の概要: Digital quantum simulation of molecular dynamics and control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2002.12497v3
- Date: Thu, 3 Jun 2021 23:20:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-01 07:59:15.301689
- Title: Digital quantum simulation of molecular dynamics and control
- Title（参考訳）: 分子動力学と制御のディジタル量子シミュレーション
- Authors: Alicia B. Magann, Matthew D. Grace, Herschel A. Rabitz, and Mohan
Sarovar
- Abstract要約: 分子系を制御するために最適形状の場を設計するために量子コンピュータをどのように利用できるかを研究する。
本稿では,時間内に分子系の場誘起量子力学をシミュレートする量子コンピュータを用いたハイブリッドアルゴリズムを提案する。
数値図解は、パラダイム的振動と回転制御の問題を明示的に扱う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optimally-shaped electromagnetic fields have the capacity to coherently
control the dynamics of quantum systems and thus offer a promising means for
controlling molecular transformations relevant to chemical, biological, and
materials applications. Currently, advances in this area are hindered by the
prohibitive cost of the quantum dynamics simulations needed to explore the
principles and possibilities of molecular control. However, the emergence of
nascent quantum-computing devices suggests that efficient simulations of
quantum dynamics may be on the horizon. In this article, we study how quantum
computers could be employed to design optimally-shaped fields to control
molecular systems. We introduce a hybrid algorithm that utilizes a quantum
computer for simulating the field-induced quantum dynamics of a molecular
system in polynomial time, in combination with a classical optimization
approach for updating the field. Qubit encoding methods relevant for molecular
control problems are described, and procedures for simulating the quantum
dynamics and obtaining the simulation results are discussed. Numerical
illustrations are then presented that explicitly treat paradigmatic vibrational
and rotational control problems, and also consider how optimally-shaped fields
could be used to elucidate the mechanisms of energy transfer in
light-harvesting complexes. Resource estimates, as well as a numerical
assessment of the impact of hardware noise and the prospects of near-term
hardware implementations, are provided for the latter task.
- Abstract（参考訳）: 最適形状の電磁場は量子系のダイナミクスをコヒーレントに制御する能力を持ち、化学、生物、物質への応用に関連する分子変換を制御する有望な手段を提供する。
現在、この分野の進歩は、分子制御の原理と可能性を探るために必要な量子力学シミュレーションの禁止費用によって妨げられている。
しかし、初期の量子計算装置の出現は、量子力学の効率的なシミュレーションが地平線上にあることを示唆している。
本稿では,分子系を制御するために,量子コンピュータを用いて最適形状の場を設計する方法を検討する。
本稿では,分子系の場誘起量子力学を多項式時間でシミュレーションする量子コンピュータと,場の更新のための古典的最適化手法を組み合わせたハイブリッドアルゴリズムを提案する。
分子制御問題に関連する量子ビット符号化法を記述し、量子力学のシミュレーションとシミュレーション結果の取得方法について述べる。
次に, 振動・回転制御問題を明示的に扱う数値シミュレーションを行い, 光調和錯体のエネルギー移動機構を最適形状場を用いて解明する方法について考察する。
後者の課題には, 資源推定とハードウェアノイズの影響の数値評価, および, 短期ハードウェア実装の展望があげられる。
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