論文の概要: Near- and long-term quantum algorithmic approaches for vibrational spectroscopy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.05066v2
• Date: Mon, 1 Feb 2021 21:30:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-03 00:39:13.822041
• Title: Near- and long-term quantum algorithmic approaches for vibrational spectroscopy
• Title（参考訳）: 振動分光法の近・長期量子アルゴリズムによるアプローチ
• Authors: Nicolas P. D. Sawaya, Francesco Paesani, Daniel P. Tabor
• Abstract要約: 近距離および長期の量子コンピュータにおける分子振動構造問題を解くための量子アルゴリズムのセットを概説する。 この問題には、電子構造のよく研究されている量子シミュレーションのほとんどの例とは異なるアプローチが必要である。 その結果、量子情報コミュニティの焦点は、科学的にも産業的にも重要な量子振動問題へとシフトすべきであることが示唆された。
• 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: Determining the vibrational structure of a molecule is central to fundamental applications in several areas, from atmospheric science to catalysis, fuel combustion modeling, biochemical imaging, and astrochemistry. However, when significant anharmonicity and mode coupling are present, the problem is classically intractable for a molecule of just a few atoms. Here, we outline a set of quantum algorithms for solving the molecular vibrational structure problem for both near- and long-term quantum computers. There are previously unaddressed characteristics of this problem which require approaches distinct from most instances of the commonly studied quantum simulation of electronic structure: many eigenstates are often desired, states of interest are often far from the ground state (requiring methods for "zooming in" to some energy window), and transition amplitudes with respect to a non-unitary Hermitian operator must be calculated. We address these hurdles and consider problem instances of four molecular vibrational Hamiltonians. Finally and most importantly, we give analytical and numerical results which suggest that, to a given energy precision, a vibrational problem instance will be simulatable on a quantum computer before an electronic structure problem instance. These results imply that more focus in the quantum information community ought to shift toward scientifically and industrially important quantum vibrational problems.
• Abstract（参考訳）: 分子の振動構造を決定することは、大気科学から触媒、燃料燃焼モデリング、生化学イメージング、天体化学まで、いくつかの分野において基本的な応用の中心である。 しかし、重要な不調和性やモードカップリングが存在する場合、この問題は古典的にはわずか数原子の分子に対して引き起こされる。 本稿では、近・長期の量子コンピュータにおける分子振動構造問題を解決するための一連の量子アルゴリズムについて概説する。 多くの固有状態がしばしば望まれる、興味のある状態が基底状態から遠ざかる(あるエネルギーウィンドウに「ズームイン」の方法を要求する)、非単項エルミート作用素に対する遷移振幅が計算されなければならない。 これらのハードルに対処し、4つの分子振動ハミルトニアンの問題を考察する。 最後に, 与えられたエネルギー精度に対して, 電子構造問題インスタンスの前に, 振動問題インスタンスが量子コンピュータ上でシミュレート可能であることを示唆する解析的および数値的な結果を与える。 これらの結果は、量子情報コミュニティにもっと焦点を絞って、科学的および工業的に重要な量子振動問題に移行するべきであることを暗示している。

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