論文の概要: Mapping quantum chemical dynamics problems onto spin-lattice simulators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.07420v2
- Date: Tue, 8 Jun 2021 16:29:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 08:31:25.339258
- Title: Mapping quantum chemical dynamics problems onto spin-lattice simulators
- Title（参考訳）: 量子化学力学問題をスピン格子シミュレータにマッピングする
- Authors: Debadrita Saha and Srinivasan S. Iyengar and Philip Richerme and
Jeremy M. Smith and Amr Sabry
- Abstract要約: 我々はこれらを量子スピン格子シミュレータにマッピングすることで量子化学核力学の解法を可能にするフレームワークを提供する。
我々のアプローチは、量子核力学の研究に使用される方法のパラダイムシフトを表している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5249805590164901
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The accurate computational determination of chemical, materials, biological,
and atmospheric properties has critical impact on a wide range of health and
environmental problems, but is deeply limited by the computational scaling of
quantum-mechanical methods. The complexity of quantum-chemical studies arises
from the steep algebraic scaling of electron correlation methods, and the
exponential scaling in studying nuclear dynamics and molecular flexibility. To
date, efforts to apply quantum hardware to such quantum chemistry problems have
focused primarily on electron correlation. Here, we provide a framework which
allows for the solution of quantum chemical nuclear dynamics by mapping these
to quantum spin-lattice simulators. Using the example case of a short-strong
hydrogen bonded system, we construct the Hamiltonian for the nuclear degrees of
freedom on a single Born-Oppenheimer surface and show how it can be transformed
to a generalized Ising model Hamiltonian. We then demonstrate a method to
determine the local fields and spin-spin couplings needed to identically match
the molecular and spin-lattice Hamiltonians. We describe a protocol to
determine the on-site and inter-site coupling parameters of this Ising
Hamiltonian from the Born-Oppenheimer potential and nuclear kinetic energy
operator. Our approach represents a paradigm shift in the methods used to study
quantum nuclear dynamics, opening the possibility to solve both electronic
structure and nuclear dynamics problems using quantum computing systems.
- Abstract（参考訳）: 化学、物質、生物、大気の性質の正確な計算量の決定は、幅広い健康や環境問題に重大な影響を与えるが、量子力学的手法の計算スケーリングによって大きく制限される。
量子化学研究の複雑さは、電子相関法の急激な代数的スケーリングと、核力学と分子の柔軟性の研究における指数的スケーリングから生じる。
これまで、このような量子化学問題に量子ハードウェアを適用する努力は、主に電子相関に焦点を当ててきた。
本稿では,これらを量子スピン格子シミュレータにマッピングすることで,量子化学核力学の解法を可能にするフレームワークを提供する。
短強水素結合系の例を用いて、1つのボルン-オッペンハイマー曲面上の核自由度に対するハミルトニアンを構築し、それがどのように一般化されたイジングモデルハミルトニアンに変換できるかを示す。
次に、分子およびスピン格子ハミルトニアンに等しく一致するために必要な局所場とスピンスピンカップリングを決定する方法を示す。
ボルン-オッペンハイマーポテンシャルおよび核運動エネルギー演算子から、このイジングハミルトニアンのオンサイトおよびサイト間結合パラメータを決定するプロトコルについて述べる。
このアプローチは、量子核動力学を研究する方法のパラダイムシフトを示し、量子コンピューティングシステムを用いて電子構造と核動力学の問題を解決する可能性を開く。
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