論文の概要: Simulating Energy Transfer in Molecular Systems with Digital Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.06879v3
• Date: Thu, 2 Dec 2021 20:33:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-14 21:19:33.122237
• Title: Simulating Energy Transfer in Molecular Systems with Digital Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータを用いた分子系のエネルギー伝達シミュレーション
• Authors: Chee-Kong Lee, Jonathan Wei Zhong Lau, Liang Shi, Leong Chuan Kwek
• Abstract要約: 量子コンピュータは、古典的なコンピュータの能力を超えた化学システムをシミュレートする可能性がある。 有機半導体分子のエネルギー移動をシミュレーションすることにより、化学の短期量子シミュレーションを時間依存プロセスに拡張する。 提案手法は, 化学, 生物, 物質系の量子力学を量子コンピュータでモデル化する新たな機会を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.271013526496906
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computers have the potential to simulate chemical systems beyond the capability of classical computers. Recent developments in hybrid quantum-classical approaches enable the determinations of the ground or low energy states of molecular systems. Here, we extend near-term quantum simulations of chemistry to time-dependent processes by simulating energy transfer in organic semiconducting molecules. We developed a multi-scale modeling workflow that combines conventional molecular dynamics and quantum chemistry simulations with hybrid variational quantum algorithm to compute the exciton dynamics in both the single excitation subspace (i.e. Frenkel Hamiltonian) and the full-Hilbert space (i.e. multi-exciton) regimes. Our numerical examples demonstrate the feasibility of our approach, and simulations on IBM Q devices capture the qualitative behaviors of exciton dynamics, but with considerable errors. We present an error mitigation technique that combines experimental results from the variational and Trotter algorithms, and obtain significantly improved quantum dynamics. Our approach opens up new opportunities for modeling quantum dynamics in chemical, biological and material systems with quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、古典的なコンピュータの能力を超えた化学システムをシミュレートする可能性がある。 近年のハイブリッド量子古典的アプローチは、分子系の基底状態や低エネルギー状態の決定を可能にする。 ここでは,有機半導体分子のエネルギー移動をシミュレートすることにより,化学の短期量子シミュレーションを時間依存プロセスに拡張する。 我々は、従来の分子動力学と量子化学シミュレーションをハイブリッド変分量子アルゴリズムと組み合わせて、単一励起部分空間(Frenkel Hamiltonian)とフルヒルベルト空間(Multi-Hilbert space、Multi-Exciton space)のエキシトンダイナミクスを計算するマルチスケールモデリングワークフローを開発した。 我々の数値的な例は、我々のアプローチの実現可能性を示し、IBM Qデバイス上でのシミュレーションは、エクシトン力学の定性的挙動を捉えるが、かなりの誤差がある。 本稿では,変分アルゴリズムとトロッターアルゴリズムの実験結果を組み合わせた誤り軽減手法を提案し,量子力学を改良した。 提案手法は, 化学, 生物, 物質系の量子力学を量子コンピュータでモデル化する新たな機会を開く。

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