論文の概要: Analytical energy gradient for state-averaged orbital-optimized
variational quantum eigensolvers and its application to a photochemical
reaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.12705v2
- Date: Tue, 25 Jan 2022 11:49:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-20 19:30:29.880249
- Title: Analytical energy gradient for state-averaged orbital-optimized
variational quantum eigensolvers and its application to a photochemical
reaction
- Title（参考訳）: 平均軌道最適化変分量子固有溶媒のエネルギー勾配解析と光化学反応への応用
- Authors: Keita Omiya, Yuya O. Nakagawa, Sho Koh, Wataru Mizukami, Qi Gao, Takao
Kobayashi
- Abstract要約: 光化学反応の解明は、生化学現象を理解し、機能性材料を開発するために不可欠である。
我々は、SA-OO-VQEの理論を拡張し、エネルギーの分析勾配を標準技術で評価できるようにする。
1,3,3,3-テトラフルオロプロペンの光化学変換異性化に応用して,本手法の原理計算を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.622686640810692
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Elucidating photochemical reactions is vital to understand various
biochemical phenomena and develop functional materials such as artificial
photosynthesis and organic solar cells, albeit its notorious difficulty by both
experiments and theories. The best theoretical way so far to analyze
photochemical reactions at the level of ab initio electronic structure is the
state-averaged multi-configurational self-consistent field (SA-MCSCF) method.
However, the exponential computational cost of classical computers with the
increasing number of molecular orbitals hinders applications of SA-MCSCF for
large systems we are interested in. Utilizing quantum computers was recently
proposed as a promising approach to overcome such computational cost, dubbed as
state-averaged orbital-optimized variational quantum eigensolver (SA-OO-VQE).
Here we extend a theory of SA-OO-VQE so that analytical gradients of energy can
be evaluated by standard techniques that are feasible with near-term quantum
computers. The analytical gradients, known only for the state-specific OO-VQE
in previous studies, allow us to determine various characteristics of
photochemical reactions such as the conical intersection (CI) points. We
perform a proof-of-principle calculation of our methods by applying it to the
photochemical cis-trans isomerization of 1,3,3,3-tetrafluoropropene. Numerical
simulations of quantum circuits and measurements can correctly capture the
photochemical reaction pathway of this model system, including the CI points.
Our results illustrate the possibility of leveraging quantum computers for
studying photochemical reactions.
- Abstract（参考訳）: 光化学反応を解明することは、様々な生化学的現象を理解し、人工光合成や有機太陽電池などの機能材料を開発するのに不可欠である。
アブ初期電子構造のレベルで光化学反応を解析する最も理論的な方法は、状態平均多構成自己整合体 (SA-MCSCF) 法である。
しかし、分子軌道数の増加を伴う古典的コンピュータの指数関数計算コストは、我々が関心を持つ大規模システムに対するsa-mcscfの応用を妨げる。
量子コンピュータの利用は、近年、状態平均軌道最適化変分量子固有解法(sa-oo-vqe)と呼ばれる計算コストを克服するための有望な手法として提案されている。
ここでは、SA-OO-VQEの理論を拡張し、短期量子コンピュータで実現可能な標準手法によりエネルギーの分析勾配を評価することができる。
従来の研究では状態特異的OO-VQEのみが知られている解析的勾配は、円錐交叉点(CI)のような光化学反応の様々な特性を決定できる。
1,3,3,3-テトラフルオロプロペンの光化学変換異性化に応用して,本手法の原理計算を行う。
量子回路と測定の数値シミュレーションは、CI点を含むこのモデル系の光化学反応経路を正確に捉えることができる。
本研究は,光化学反応の研究に量子コンピュータを活用する可能性を示す。
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