論文の概要: Quantum algorithm for alchemical optimization in material design
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.06449v1
- Date: Fri, 14 Aug 2020 16:24:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-06 07:00:58.114054
- Title: Quantum algorithm for alchemical optimization in material design
- Title（参考訳）: 材料設計におけるalchemical optimizationのための量子アルゴリズム
- Authors: Panagiotis Kl. Barkoutsos, Fotios Gkritsis, Pauline J. Ollitrault,
Igor O. Sokolov, Stefan Woerner and Ivano Tavernelli
- Abstract要約: 本稿では,材料設計問題に適切なスケーリングで対処する量子アルゴリズムを提案する。
量子的優位性は、指数関数的に大きな化合物空間のサンプリングとともに電子構造特性の効率的な計算に存在している。
予備的な結果は、短期量子コンピュータのためのさらなる物質設計量子アルゴリズムの開発の基礎となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6116681488656472
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The development of tailored materials for specific applications is an active
field of research in chemistry, material science and drug discovery. The number
of possible molecules that can be obtained from a set of atomic species grow
exponentially with the size of the system, limiting the efficiency of classical
sampling algorithms. On the other hand, quantum computers can provide an
efficient solution to the sampling of the chemical compound space for the
optimization of a given molecular property. In this work we propose a quantum
algorithm for addressing the material design problem with a favourable scaling.
The core of this approach is the representation of the space of candidate
structures as a linear superposition of all possible atomic compositions. The
corresponding `alchemical' Hamiltonian drives then the optimization in both the
atomic and electronic spaces leading to the selection of the best fitting
molecule, which optimizes a given property of the system, e.g., the interaction
with an external potential in drug design. The quantum advantage resides in the
efficient calculation of the electronic structure properties together with the
sampling of the exponentially large chemical compound space. We demonstrate
both in simulations and in IBM Quantum hardware the efficiency of our scheme
and highlight the results in a few test cases. These preliminary results can
serve as a basis for the development of further material design quantum
algorithms for near-term quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 特定の用途に適した材料の開発は、化学、物質科学、薬物発見における研究の活発な分野である。
原子種の集合から得ることのできる分子の数は、システムのサイズとともに指数関数的に増加し、古典的なサンプリングアルゴリズムの効率を制限している。
一方、量子コンピュータは、与えられた分子特性の最適化のために化学化合物空間のサンプリングを効率的に行うことができる。
本研究では,材料設計問題に好適なスケーリングで対処するための量子アルゴリズムを提案する。
このアプローチの核心は、全ての可能な原子組成の線形重ね合わせとしての候補構造の空間の表現である。
対応する「アルケミカル」ハミルトニアン駆動は原子空間と電子空間の両方で最適化され、最適な適合分子が選択される。
量子アドバンテージは、指数関数的に大きい化合物空間のサンプリングとともに、電子構造特性の効率的な計算に存在する。
我々はシミュレーションとIBM Quantumハードウェアの両方で提案手法の効率を実証し、いくつかのテストケースで結果を強調する。
これらの予備結果は、近い将来の量子コンピュータのための物質設計量子アルゴリズムの開発の基礎となる。
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