論文の概要: Toward Practical Quantum Embedding Simulation of Realistic Chemical
Systems on Near-term Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.08062v1
- Date: Thu, 16 Sep 2021 15:44:38 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-14 20:59:45.535524
- Title: Toward Practical Quantum Embedding Simulation of Realistic Chemical
Systems on Near-term Quantum Computers
- Title（参考訳）: 近距離量子コンピュータ上の現実的な化学系の実用的な量子埋め込みシミュレーションに向けて
- Authors: Weitang Li, Zigeng Huang, Changsu Cao, Yifei Huang, Zhigang Shuai,
Xiaoming Sun, Jinzhao Sun, Xiao Yuan, and Dingshun Lv
- Abstract要約: 我々は,C6H8の水素化反応法とC18分子の平衡構造を,cc-pVDZに設定した上で数値的に検証した。
我々の研究は、短期量子デバイスにおける工業化学問題の解決の可能性を示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.26362298019201
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing has recently exhibited great potentials in predicting
chemical properties for various applications in drug discovery, material
design, and catalyst optimization. Progress has been made in simulating small
molecules, such as LiH and hydrogen chains of up to 12 qubits, by using quantum
algorithms such as variational quantum eigensolver (VQE). Yet, originating from
limitations of the size and the fidelity of near-term quantum hardware, how to
accurately simulate large realistic molecules remains a challenge. Here,
integrating an adaptive energy sorting strategy and a classical computational
method, the density matrix embedding theory, which effectively finds a
shallower quantum circuit and reduces the problem size, respectively, we show a
means to circumvent the limitations and demonstrate the potential toward
solving real chemical problems. We numerically test the method for the
hydrogenation reaction of C6H8 and the equilibrium geometry of the C18
molecule, with basis sets up to cc-pVDZ (at most 144 qubits). The simulation
results show accuracies comparable to those of advanced quantum chemistry
methods such as coupled-cluster or even full configuration interaction, while
the number of qubits required is reduced by an order of magnitude (from 144
qubits to 16 qubits for the C18 molecule) compared to conventional VQE. Our
work implies the possibility of solving industrial chemical problems on
near-term quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは最近、創薬、物質設計、触媒最適化における様々な応用における化学特性の予測において大きな可能性を示した。
変動量子固有解法(VQE)のような量子アルゴリズムを用いて、LiHや最大12キュービットの水素鎖などの小さな分子をシミュレートする方法が進歩している。
しかし、短期的な量子ハードウェアのサイズと忠実さの限界から、大規模なリアルな分子を正確にシミュレートする方法は依然として課題である。
そこで, 適応的エネルギーソート戦略と古典的計算手法を統合し, 量子回路の浅部を効果的に発見し, 問題サイズを小さくする密度行列埋め込み理論を組み合わせることにより, 限界を回避し, 実際の化学問題の解決への可能性を示す手段を示す。
我々は,C6H8の水素化反応法とC18分子の平衡構造を,cc-pVDZ (ほとんどの144 qubits) で数値的に検証した。
シミュレーションの結果、結合クラスタや完全な構成相互作用のような高度な量子化学手法と同等の精度を示す一方、必要となる量子ビットの数は、従来のVQEと比較して桁違いに減少する(C18分子の144量子ビットから16量子ビット)。
我々の研究は、短期量子デバイスにおける工業化学問題の解決の可能性を示している。
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