論文の概要: Variational quantum algorithm for molecular geometry optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.13840v2
- Date: Wed, 11 Aug 2021 22:38:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-25 13:50:19.365834
- Title: Variational quantum algorithm for molecular geometry optimization
- Title（参考訳）: 分子幾何最適化のための変分量子アルゴリズム
- Authors: Alain Delgado, Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Zeyue Niu, Josh
Izaac, Chase Roberts, Nathan Killoran
- Abstract要約: 分子の最も安定な構造を見つけるための変分量子アルゴリズムを提案する。
分子の平衡幾何学は、より一般的なコスト関数を最小化することによって得られる。
全ての量子シミュレーションは、量子微分可能プログラミングのためのペニーレーンライブラリを用いて実行される。
- 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: Classical algorithms for predicting the equilibrium geometry of strongly
correlated molecules require expensive wave function methods that become
impractical already for few-atom systems. In this work, we introduce a
variational quantum algorithm for finding the most stable structure of a
molecule by explicitly considering the parametric dependence of the electronic
Hamiltonian on the nuclear coordinates. The equilibrium geometry of the
molecule is obtained by minimizing a more general cost function that depends on
both the quantum circuit and the Hamiltonian parameters, which are
simultaneously optimized at each step. The algorithm is applied to find the
equilibrium geometries of the $\mathrm{H}_2$, $\mathrm{H}_3^+$,
$\mathrm{BeH}_2$ and $\mathrm{H}_2\mathrm{O}$ molecules. The quantum circuits
used to prepare the electronic ground state for each molecule were designed
using an adaptive algorithm where excitation gates in the form of Givens
rotations are selected according to the norm of their gradient. All quantum
simulations are performed using the PennyLane library for quantum
differentiable programming. The optimized geometrical parameters for the
simulated molecules show an excellent agreement with their counterparts
computed using classical quantum chemistry methods.
- Abstract（参考訳）: 強い相関分子の平衡幾何を予測する古典的なアルゴリズムは、数原子系で既に非現実的な高価な波動関数法を必要とする。
本研究では,電子ハミルトニアンの核座標に対するパラメトリック依存性を明示的に考慮し,分子の最も安定な構造を求めるための変分量子アルゴリズムを提案する。
分子の平衡幾何学は、各ステップで同時に最適化される量子回路とハミルトンパラメータの両方に依存するより一般的なコスト関数を最小化することによって得られる。
このアルゴリズムを適用して、$\mathrm{H}_2$, $\mathrm{H}_3^+$, $\mathrm{BeH}_2$および$\mathrm{H}_2\mathrm{O}$分子の平衡測度を求める。
各分子の電子基底状態を作成するのに用いられた量子回路は、与えられた回転の形の励起ゲートを勾配のノルムに応じて選択する適応アルゴリズムを用いて設計された。
全ての量子シミュレーションは、量子微分可能プログラミングのためのペニーレーンライブラリを用いて実行される。
シミュレーション分子の最適化された幾何パラメーターは、古典量子化学法を用いて計算された対応する分子と優れた一致を示した。
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