論文の概要: A state-averaged orbital-optimized hybrid quantum-classical algorithm
for a democratic description of ground and excited states
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.11417v2
- Date: Thu, 14 Jan 2021 12:47:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-01 04:38:14.436275
- Title: A state-averaged orbital-optimized hybrid quantum-classical algorithm
for a democratic description of ground and excited states
- Title（参考訳）: 基底および励起状態の民主的記述のための平均軌道最適化ハイブリッド量子古典アルゴリズム
- Authors: Saad Yalouz, Bruno Senjean, Jakob G\"unther, Francesco Buda, Thomas E.
O'Brien, Lucas Visscher
- Abstract要約: ノイズ中規模量子(NISQ)時代には、化学から電子構造問題を解くことは「キラー応用」と見なされている。
本稿では,2つのアルゴリズムを組み合わせた「状態平均軌道-d変分分解器」(SA-OO-VQE)を提案する。
両アルゴリズムを融合させることで、分子の円錐交叉を記述するために必要な条件を満たすことを示す。
- 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: In the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era, solving the electronic
structure problem from chemistry is considered as the "killer application" for
near-term quantum devices. In spite of the success of variational hybrid
quantum/classical algorithms in providing accurate energy profiles for small
molecules, careful considerations are still required for the description of
complicated features of potential energy surfaces. Because the current quantum
resources are very limited, it is common to focus on a restricted part of the
Hilbert space (determined by the set of active orbitals). While physically
motivated, this approximation can severely impact the description of these
complicated features. A perfect example is that of conical intersections (i.e.
a singular point of degeneracy between electronic states), which are of primary
importance to understand many prominent reactions. Designing active spaces so
that the improved accuracy from a quantum computer is not rendered useless is
key to finding useful applications of these promising devices within the field
of chemistry. To answer this issue, we introduce a NISQ-friendly method called
"State-Averaged Orbital-Optimized Variational Quantum Eigensolver" (SA-OO-VQE)
which combines two algorithms: (1) a state-averaged orbital-optimizer, and (2)
a state-averaged VQE. To demonstrate the success of the method, we classically
simulate it on a minimal Schiff base model (namely the formaldimine molecule
CH2NH) relevant also for the photoisomerization in rhodopsin -- a crucial step
in the process of vision mediated by the presence of a conical intersection. We
show that merging both algorithms fulfil the necessary condition to describe
the molecule's conical intersection, i.e. the ability to treat degenerate (or
quasi-degenerate) states on the same footing.
- Abstract（参考訳）: 雑音中間スケール量子(NISQ)時代には、化学から電子構造問題を解くことは、短期量子デバイスにおける「キラー応用」と見なされている。
小分子の正確なエネルギープロファイルを提供するための変分的ハイブリッド量子/古典アルゴリズムの成功にもかかわらず、ポテンシャルエネルギー曲面の複雑な特徴を記述するには注意が必要である。
現在の量子資源は非常に限られているため、ヒルベルト空間の制限部分(アクティブな軌道の集合によって決定される)に集中するのが一般的である。
物理的に動機づけられる一方で、この近似はこれらの複雑な特徴の記述に大きな影響を与える可能性がある。
完璧な例としては円錐交叉(電子状態間の特異点)があり、多くの顕著な反応を理解する上で最も重要なものである。
量子コンピュータによる精度の向上が役に立たないようにアクティブな空間を設計することは、化学の分野でこれらの有望なデバイスの有用な応用を見つけるための鍵となる。
この問題に対処するため,我々は,(1)平均軌道最適化器,(2)平均VQEの2つのアルゴリズムを組み合わせたNISQフレンドリーなSA-OO-VQE(State-Averaged Orbital-Optimized Variational Quantum Eigensolver)を提案する。
本手法の成功を実証するために,ロドプシンの光異性化にも関係する最小シフ塩基モデル(ホルムジミン分子CH2NH)を用いて古典的にシミュレートした。
両アルゴリズムの融合は、分子の円錐交差を記述するために必要な条件を満たすこと、すなわち、同じ足場で縮退状態(または準退化状態)を処理できることを示す。
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