論文の概要: Quantum computing enhanced computational catalysis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.14460v2
• Date: Wed, 3 Mar 2021 22:43:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-07 22:58:16.493123
• Title: Quantum computing enhanced computational catalysis
• Title（参考訳）: 量子コンピューティングによる計算触媒の強化
• Authors: Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas H\"aner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler, Matthias Troyer
• Abstract要約: 本稿では,量子コンピュータ上での正確なエネルギー測定を計算規模で解析する。 4インデックスの倍分解表現のための新しい量子アルゴリズムは、計算コストを大幅に削減することができる。 本稿では、動的相関を正確に扱うために、アクティブな空間サイズを増大させることの課題について論じる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.285928372124628
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The quantum computation of electronic energies can break the curse of dimensionality that plagues many-particle quantum mechanics. It is for this reason that a universal quantum computer has the potential to fundamentally change computational chemistry and materials science, areas in which strong electron correlations present severe hurdles for traditional electronic structure methods. Here, we present a state-of-the-art analysis of accurate energy measurements on a quantum computer for computational catalysis, using improved quantum algorithms with more than an order of magnitude improvement over the best previous algorithms. As a prototypical example of local catalytic chemical reactivity we consider the case of a ruthenium catalyst that can bind, activate, and transform carbon dioxide to the high-value chemical methanol. We aim at accurate resource estimates for the quantum computing steps required for assessing the electronic energy of key intermediates and transition states of its catalytic cycle. In particular, we present new quantum algorithms for double-factorized representations of the four-index integrals that can significantly reduce the computational cost over previous algorithms, and we discuss the challenges of increasing active space sizes to accurately deal with dynamical correlations. We address the requirements for future quantum hardware in order to make a universal quantum computer a successful and reliable tool for quantum computing enhanced computational materials science and chemistry, and identify open questions for further research.
• Abstract（参考訳）: 電子エネルギーの量子計算は、多粒子量子力学を悩ませる次元の呪いを破ることができる。 このため、普遍量子コンピュータは計算化学や材料科学を根本的に変える可能性を秘めている。 本稿では,計算触媒のための量子コンピュータ上での正確なエネルギー測定の最先端解析について,従来のアルゴリズムよりも1桁以上の精度で改良された量子アルゴリズムを用いて述べる。 局所的な触媒化学的反応性の原型例として、二酸化炭素を高価の化学メタノールに結合、活性化、変換できるルテニウム触媒の場合を考える。 重要な中間体の電子エネルギーと触媒サイクルの遷移状態を評価するのに必要な量子計算ステップの正確な資源推定を目標とする。 特に,従来のアルゴリズムに比べて計算コストを大幅に削減できる4-index積分の二重因子化表現のための新しい量子アルゴリズムを提案するとともに,動的相関を正確に扱うためにアクティブな空間サイズを増やすことの課題について論じる。 我々は,汎用量子コンピュータを量子コンピューティングのための成功かつ信頼性の高いツールにするために,将来の量子ハードウェアの要件に対処し,さらなる研究のためにオープンな質問を特定する。

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