論文の概要: Quantum-Classical Hybrid Algorithm for the Simulation of All-Electron
Correlation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.11972v1
- Date: Tue, 22 Jun 2021 18:00:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-25 20:44:33.842742
- Title: Quantum-Classical Hybrid Algorithm for the Simulation of All-Electron
Correlation
- Title（参考訳）: 全電子相関シミュレーションのための量子古典ハイブリッドアルゴリズム
- Authors: Jan-Niklas Boyn, Aleksandr O. Lykhin, Scott E. Smart, Laura Gagliardi
and David A. Mazziotti
- Abstract要約: 本稿では、分子の全電子エネルギーと古典的コンピュータ上の特性を計算できる新しいハイブリッド古典的アルゴリズムを提案する。
本稿では,現在利用可能な量子コンピュータ上で,化学的に関連性のある結果と精度を実現する量子古典ハイブリッドアルゴリズムの能力を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 58.720142291102135
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: While the treatment of chemically relevant systems containing hundreds or
even thousands of electrons remains beyond the reach of quantum devices, the
development of quantum-classical hybrid algorithms to resolve electronic
correlation presents a promising pathway toward a quantum advantage in the
computation of molecular electronic structure. Such hybrid algorithms treat the
exponentially scaling part of the calculation -- the static (multireference)
correlation -- on the quantum computer and the non-exponentially scaling part
-- the dynamic correlation -- on the classical computer. While a variety of
such algorithms have been proposed, due to the dependence on the wave function
of most classical methods for dynamic correlation, the development of
easy-to-use classical post-processing implementations has been limited. Here we
present a novel hybrid-classical algorithm that computes a molecule's
all-electron energy and properties on the classical computer from a critically
important simulation of the static correlation on the quantum computer.
Significantly, for the all-electron calculations we circumvent the wave
function by using density-matrix methods that only require input of the
statically correlated two-electron reduced density matrix (2-RDM), which can be
efficiently measured in the quantum simulation. Although the algorithm is
completely general, we test it with two classical 2-RDM methods, the
anti-Hermitian contracted Schr\"odinger equation (ACSE) theory and
multiconfiguration pair-density functional theory (MC-PDFT), using the recently
developed quantum ACSE method for the simulation of the statically correlated
2-RDM. We obtain experimental accuracy for the relative energies of all three
benzyne isomers and thereby, demonstrate the ability of the quantum-classical
hybrid algorithms to achieve chemically relevant results and accuracy on
currently available quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 数百から数千の電子を含む化学関連系の処理は量子デバイスの範囲を超えているが、電子相関を解消する量子古典ハイブリッドアルゴリズムの開発は、分子電子構造の計算における量子優位への有望な道を示している。
このようなハイブリッドアルゴリズムは、計算の指数的スケーリング部分、量子コンピュータ上の静的(多重参照)相関、および古典的コンピュータ上の非指数的スケーリング部分、動的相関を扱う。
様々なアルゴリズムが提案されているが、ほとんどの古典的手法の動的相関の波動関数に依存するため、簡単に使える古典的後処理の実装の開発は制限されている。
ここでは、量子コンピュータ上の静的相関の極めて重要なシミュレーションから、分子の全電子エネルギーと古典コンピュータ上の特性を計算する新しいハイブリッド古典的アルゴリズムを提案する。
特に、全電子計算では、量子シミュレーションで効率的に測定できる静的に相関した2電子還元密度行列(2-rdm)の入力のみを必要とする密度行列法を用いて、波動関数を回避できる。
このアルゴリズムは完全に一般的なものであるが、静的に相関した2-RDMのシミュレーションのために最近開発された量子ACSE法を用いて、反エルミタン縮合シュリンガー方程式(ACSE)理論と多重構成対密度汎関数理論(MC-PDFT)の2つの古典的2-RDM法で試す。
3つのベンジン異性体の相対エネルギーに対する実験的な精度を求め,量子古典的ハイブリッドアルゴリズムが現在利用可能な量子コンピュータ上で化学的に関連する結果と精度を達成する能力を示す。
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