論文の概要: Analog quantum simulation of chemical dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.01852v2
• Date: Tue, 15 Jun 2021 00:15:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-22 05:37:18.316280
• Title: Analog quantum simulation of chemical dynamics
• Title（参考訳）: 化学動力学のアナログ量子シミュレーション
• Authors: Ryan J. MacDonell, Claire E. Dickerson, Clare J.T. Birch, Alok Kumar, Claire L. Edmunds, Michael J. Biercuk, Cornelius Hempel, Ivan Kassal
• Abstract要約: アナログ量子シミュレータは、ボゾンモードを用いて分子動力学を効率的にシミュレートし、振動を表現できることを示す。 我々の手法は、ボソニック発振器に制御的に結合されたクーディットを持つ任意のデバイスで実装できる。 提案手法は, 近い将来, 古典的かつ難解な化学動力学シミュレーションを可能にすることを期待する。
• 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: Ultrafast chemical reactions are difficult to simulate because they involve entangled, many-body wavefunctions whose computational complexity grows rapidly with molecular size. In photochemistry, the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation further complicates the problem by entangling nuclear and electronic degrees of freedom. Here, we show that analog quantum simulators can efficiently simulate molecular dynamics using commonly available bosonic modes to represent molecular vibrations. Our approach can be implemented in any device with a qudit controllably coupled to bosonic oscillators and with quantum hardware resources that scale linearly with molecular size, and offers significant resource savings compared to digital quantum simulation algorithms. Advantages of our approach include a time resolution orders of magnitude better than ultrafast spectroscopy, the ability to simulate large molecules with limited hardware using a Suzuki-Trotter expansion, and the ability to implement realistic system-bath interactions with only one additional interaction per mode. Our approach can be implemented with current technology; e.g., the conical intersection in pyrazine can be simulated using a single trapped ion. Therefore, we expect our method will enable classically intractable chemical dynamics simulations in the near term.
• Abstract（参考訳）: 超高速化学反応は、分子サイズとともに計算複雑性が急速に増大する絡み合った多体波動関数を含むため、シミュレーションが難しい。 光化学において、ボルン=オッペンハイマー近似の分解は、核と電子自由度を絞ることで問題をさらに複雑にする。 ここでは、アナログ量子シミュレータが一般に利用可能なボソニックモードを用いて分子振動を効率的にシミュレートできることを示す。 このアプローチは、ボソニック振動子とqudit制御を結合した任意のデバイスと、分子サイズに線形にスケールし、デジタル量子シミュレーションアルゴリズムと比較してかなりのリソース節約を提供する量子ハードウェアリソースとで実装することができる。 提案手法の利点は、超高速分光法よりも格段に優れた時間分解能、Suzuki-Trotter拡張を用いたハードウェアで大きな分子をシミュレートする能力、モードごとに1つの追加の相互作用で現実的なシステムバス相互作用を実装する能力などである。 例えば、ピラジンの円錐交差は1つの閉じ込められたイオンを使ってシミュレートすることができる。 そこで本手法では, 古典的難解な化学動力学シミュレーションを近い将来に実現できることを期待している。

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