Fugu-MT 論文翻訳(概要): Deep variational quantum eigensolver for excited states and its application to quantum chemistry calculation of periodic materials

論文の概要: Deep variational quantum eigensolver for excited states and its application to quantum chemistry calculation of periodic materials

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.00855v2
Date: Fri, 27 Aug 2021 03:14:51 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-04-05 20:00:42.623849
Title: Deep variational quantum eigensolver for excited states and its application to quantum chemistry calculation of periodic materials
Title（参考訳）: 励起状態に対する深部変分量子固有解法とその周期材料の量子化学計算への応用
Authors: Kaoru Mizuta, Mikiya Fujii, Shigeki Fujii, Kazuhide Ichikawa, Yutaka Imamura, Yukihiro Okuno, and Yuya O. Nakagawa
Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、量子デバイスの計算能力を利用する最も有望な方法の1つである。我々は、Deep VQEの当初の提案を拡張して励起状態を取得し、周期材料の量子化学計算に適用する。
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: A programmable quantum device that has a large number of qubits without fault-tolerance has emerged recently. Variational Quantum Eigensolver (VQE) is one of the most promising ways to utilize the computational power of such devices to solve problems in condensed matter physics and quantum chemistry. As the size of the current quantum devices is still not large for rivaling classical computers at solving practical problems, Fujii et al. proposed a method called "Deep VQE" which can provide the ground state of a given quantum system with the smaller number of qubits by combining the VQE and the technique of coarse-graining [K. Fujii, et al, arXiv:2007.10917]. In this paper, we extend the original proposal of Deep VQE to obtain the excited states and apply it to quantum chemistry calculation of a periodic material, which is one of the most impactful applications of the VQE. We first propose a modified scheme to construct quantum states for coarse-graining in Deep VQE to obtain the excited states. We also present a method to avoid a problem of meaningless eigenvalues in the original Deep VQE without restricting variational quantum states. Finally, we classically simulate our modified Deep VQE for quantum chemistry calculation of a periodic hydrogen chain as a typical periodic material. Our method reproduces the ground-state energy and the first-excited-state energy with the errors up to O(1)% despite the decrease in the number of qubits required for the calculation by two or four compared with the naive VQE. Our result will serve as a beacon for tackling quantum chemistry problems with classically-intractable sizes by smaller quantum devices in the near future.
Abstract（参考訳）: 近年,フォールトトレランスのない多数の量子ビットを持つプログラマブル量子デバイスが出現している。変分量子固有解法(VQE)は、凝縮物質物理学や量子化学の問題を解くためにそのような装置の計算能力を利用する最も有望な方法の1つである。現在の量子デバイスのサイズは、実用上の問題を解決するために古典的コンピュータに匹敵するほど大きくないため、Fujiiらは、VQEと粗粒化技術(K. Fujii, et al, arXiv:2007.10917]を組み合わせることで、与えられた量子システムの基底状態をより少ない量子ビットで提供できる「ディープVQE」という手法を提案した。本稿では,この励起状態を得るために深部vqeの最初の提案を拡張し,vqeの最も影響のある応用の一つである周期物質の量子化学計算に適用する。まず, 深部VQEにおける粗粒化のための量子状態構築法を提案し, 励起状態を得る。また、変動量子状態を制限することなく、元のDeep VQEにおける意味のない固有値の問題を回避する方法を提案する。最後に、周期的水素鎖の量子化学計算のための修正された深部VQEを典型的な周期的材料として古典的にシミュレートする。本手法は, 平均vqeと比較して, 計算に必要な量子ビット数が2～4個減少しているにもかかわらず, 誤差をo(1)%まで抑えることで, 基底状態エネルギーと第一励起状態エネルギーを再現する。我々の結果は、近い将来、より小さな量子デバイスによって古典的に難解なサイズで量子化学問題に取り組むための手掛かりとなるでしょう。

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