論文の概要: Differentiable quantum computational chemistry with PennyLane
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.09967v3
- Date: Thu, 5 Jan 2023 19:00:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 12:18:10.375040
- Title: Differentiable quantum computational chemistry with PennyLane
- Title（参考訳）: PennyLaneを用いた微分可能な量子計算化学
- Authors: Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Alain Delgado, Jack Ceroni,
Josh Izaac, Antal Sz\'ava, Utkarsh Azad, Robert A. Lang, Zeyue Niu, Olivia Di
Matteo, Romain Moyard, Jay Soni, Maria Schuld, Rodrigo A. Vargas-Hern\'andez,
Teresa Tamayo-Mendoza, Cedric Yen-Yu Lin, Al\'an Aspuru-Guzik, Nathan
Killoran
- Abstract要約: 本稿では、Hartree-Fock法の基本原理を含む量子化学の基本概念の概要について述べる。
PennyLaneのフラッグシップ機能はHartree-Fockソルバで、分子ハミルトニアンの正確な勾配を計算することができる。
組込みシミュレータは、分子ハミルトニアンを表現するためにスパースマトリックス技術を利用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.021994821497364106
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This work describes the theoretical foundation for all quantum chemistry
functionality in PennyLane, a quantum computing software library specializing
in quantum differentiable programming. We provide an overview of fundamental
concepts in quantum chemistry, including the basic principles of the
Hartree-Fock method. A flagship feature in PennyLane is the differentiable
Hartree-Fock solver, allowing users to compute exact gradients of molecular
Hamiltonians with respect to nuclear coordinates and basis set parameters.
PennyLane provides specialized operations for quantum chemistry, including
excitation gates as Givens rotations and templates for quantum chemistry
circuits. Moreover, built-in simulators exploit sparse matrix techniques for
representing molecular Hamiltonians that lead to fast simulation for quantum
chemistry applications. In combination with PennyLane's existing methods for
constructing, optimizing, and executing circuits, these methods allow users to
implement a wide range of quantum algorithms for quantum chemistry. We discuss
how PennyLane can be used to implement variational algorithms for calculating
ground-state energies, excited-state energies, and energy derivatives, all of
which can be differentiated with respect to both circuit and Hamiltonian
parameters. We provide an example workflow describing how to jointly optimize
circuit parameters, nuclear coordinates, and basis set parameters for quantum
chemistry algorithms. We discuss a functionality for reducing the number of
qubits by using symmetries and explain how PennyLane can be used to estimate
quantum resources needed to implement several quantum algorithms. By combining
insights from quantum computing, computational chemistry, and machine learning,
PennyLane is the first library for differentiable quantum computational
chemistry.
- Abstract（参考訳）: 量子微分可能プログラミングを専門とする量子コンピューティングソフトウェアライブラリであるpennylaneにおける、すべての量子化学機能の理論的基礎について述べる。
本稿では,hartree-fock法の基本原理を含む量子化学の基本概念の概要を示す。
PennyLaneのフラッグシップ機能は、微分可能なHartree-Fockソルバで、核座標や基底集合パラメータに関して分子ハミルトンの正確な勾配を計算することができる。
PennyLaneは量子化学の特別な操作を提供しており、例えば、Givensローテーションとしての励起ゲートや量子化学回路のテンプレートである。
さらに、組込みシミュレータは、量子化学応用の高速なシミュレーションにつながる分子ハミルトニアンを表現するためにスパースマトリクス技術を利用する。
ペニーレーンの既存の回路の構成、最適化、実行の手法と組み合わせることで、ユーザーは量子化学のための幅広い量子アルゴリズムを実装できる。
我々は,PennyLaneを用いて基底状態エネルギー,励起状態エネルギー,エネルギー微分を計算し,これら全てを回路パラメータとハミルトンパラメータの両方で区別できる変分アルゴリズムの実装方法について論じる。
量子化学アルゴリズムにおいて,回路パラメータ,核座標,基底集合パラメータを共同で最適化する方法を示す例を示す。
我々は、対称性を用いて量子ビット数を減少させる機能について議論し、ペニーレーンを用いて複数の量子アルゴリズムを実装するために必要な量子リソースを推定する方法を説明する。
量子コンピューティング、計算化学、機械学習の洞察を組み合わせることで、PennyLaneは微分可能な量子計算化学の最初のライブラリである。
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