論文の概要: Towards the Simulation of Large Scale Protein-Ligand Interactions on NISQ-era Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.01589v1
• Date: Mon, 4 Oct 2021 17:33:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-12 13:58:31.418811
• Title: Towards the Simulation of Large Scale Protein-Ligand Interactions on NISQ-era Quantum Computers
• Title（参考訳）: NISQ時代の量子コンピュータにおけるタンパク質-リガンド相互作用のシミュレーションに向けて
• Authors: Fionn D. Malone, Robert M. Parrish, Alicia R. Welden, Thomas Fox, Matthias Degroote, Elica Kyoseva, Nikolaj Moll, Raffaele Santagati, and Michael Streif
• Abstract要約: 対称性適応摂動理論(SAPT)を用いた大規模分子系間の相互作用エネルギーの計算 ヒト癌関連タンパク質リジン特異的デメチル化酵素5(KDM5A)を含む小数個のマルチ参照ダイマー系および鉄中心に対するSAPT(VQE)のベンチマークを行った。
• 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: We explore the use of symmetry-adapted perturbation theory (SAPT) as a simple and efficient means to compute interaction energies between large molecular systems with a hybrid method combing NISQ-era quantum and classical computers. From the one- and two-particle reduced density matrices of the monomer wavefunctions obtained by the variational quantum eigensolver (VQE), we compute SAPT contributions to the interaction energy [SAPT(VQE)]. At first order, this energy yields the electrostatic and exchange contributions for non-covalently bound systems. We empirically find from ideal statevector simulations that the SAPT(VQE) interaction energy components display orders of magnitude lower absolute errors than the corresponding VQE total energies. Therefore, even with coarsely optimized low-depth VQE wavefunctions, we still obtain sub kcal/mol accuracy in the SAPT interaction energies. In SAPT(VQE), the quantum requirements, such as qubit count and circuit depth, are lowered by performing computations on the separate molecular systems. Furthermore, active spaces allow for large systems containing thousands of orbitals to be reduced to a small enough orbital set to perform the quantum portions of the computations. We benchmark SAPT(VQE) (with the VQE component simulated by ideal state-vector simulators) against a handful of small multi-reference dimer systems and the iron center containing human cancer-relevant protein lysine-specific demethylase 5 (KDM5A).
• Abstract（参考訳）: NISQ時代の量子コンピュータと古典コンピュータを併用したハイブリッド手法を用いて, 大規模分子系間の相互作用エネルギーを計算するための, 簡便かつ効率的な方法として, 対称性適応摂動理論 (SAPT) の利用について検討する。 変動量子固有解法 (VQE) により得られるモノマー波動関数の1粒子と2粒子の縮密度行列から, 相互作用エネルギー [SAPT(VQE)] に対するSAPT寄与を計算する。 第一に、このエネルギーは非共有結合系に対する静電気的および交換的寄与をもたらす。 理想的な状態ベクトルシミュレーションから、SAPT(VQE)相互作用エネルギー成分は対応するVQEトータルエネルギーよりも絶対誤差が桁違い低いことを実証的に見出した。 したがって、粗く最適化された低深度VQE波動関数であっても、SAPT相互作用エネルギーにおいてサブkcal/mol精度が得られる。 SAPT(VQE)では、キュービット数や回路深さなどの量子要求は、別々の分子系上で計算を行うことによって低下する。 さらに、活性空間は、数千個の軌道を含む大きな系を、計算の量子部分を実行するのに十分な小さな軌道集合に還元することができる。 我々は,SAPT(VQE)(VQE成分を理想的な状態ベクトルシミュレーターでシミュレートした)を,少数の小型マルチ参照ダイマーシステムとヒト癌関連タンパク質リジン特異的デメチル化酵素5(KDM5A)を含む鉄中心に比較検討した。

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