論文の概要: Quantum-inspired classical algorithm for molecular vibronic spectra
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.01861v3
- Date: Wed, 22 Mar 2023 17:06:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-24 05:24:12.128975
- Title: Quantum-inspired classical algorithm for molecular vibronic spectra
- Title（参考訳）: 量子インスパイアされた分子ビブロニックスペクトルの古典的アルゴリズム
- Authors: Changhun Oh, Youngrong Lim, Yat Wong, Bill Fefferman, and Liang Jiang
- Abstract要約: 本研究では,分子ビブロニックスペクトルを用いた高調波ポテンシャルの量子インスパイアされた古典的アルゴリズムを提案する。
まず, フォック状態のボソンサンプリングに対応する分子ビブロニックスペクトルの問題を, ボソンサンプリングと同等の精度で, 古典的アルゴリズムを用いて効率的に解けることを示した。
次に、より一般的な分子のビブロニックスペクトル問題を提案し、これは化学的に動機づけられており、ボソンサンプリングの利点を生かすことができるかもしれない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.175441462022736
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We have recently seen the first plausible claims for quantum advantage using
sampling problems such as random circuit sampling and Gaussian boson sampling.
The obvious next step is to channel the potential quantum advantage to solving
practical applications rather than proof-of-principle experiments. Recently, a
quantum simulator, specifically a Gaussian boson sampler, has been proposed to
generate molecular vibronic spectra efficiently, which is an essential property
of molecules and an important tool for analyzing chemical components and
studying molecular structures. Computing molecular vibronic spectra has been a
challenging task, and its best-known classical algorithm scales combinatorially
in the system size. Thus, it is a candidate of tasks for which quantum devices
provide computational advantages. In this work, we propose a quantum-inspired
classical algorithm for molecular vibronic spectra for harmonic potential. We
first show that the molecular vibronic spectra problem corresponding to
Fock-state boson sampling can be efficiently solved using a classical algorithm
as accurately as running a boson sampler. In particular, we generalize
Gurvits's algorithm to approximate Fourier components of the spectra of
Fock-state boson sampling and prove using Parseval's relation that the error of
the spectra can be suppressed as long as that of the Fourier components are
small. We also show that the molecular vibronic spectra problems of Gaussian
boson sampling, which corresponds to the actual molecular vibronic spectra
problem in chemistry, can be exactly solved even without Gurvits-type
algorithms. Consequently, we demonstrate that those problems are not candidates
of quantum advantage. We then provide a more general molecular vibronic spectra
problem, which is also chemically well-motivated, for which we might be able to
take advantage of a boson sampler.
- Abstract（参考訳）: 我々は最近,ランダム回路サンプリングやガウスボソンサンプリングなどのサンプリング問題を用いて,量子優位性に関する最初の確実な主張を行った。
明らかな次のステップは、原理実証実験ではなく、潜在的な量子アドバンテージを実用的な応用につなげることである。
近年、量子シミュレーター、特にガウスボソンサンプリング器が分子の重要な性質である分子のビブロニックスペクトルを効率的に生成し、化学成分の分析や分子構造の研究に重要なツールとして提案されている。
分子振動スペクトルの計算は難しい課題であり、最もよく知られた古典的アルゴリズムはシステムサイズを組合せてスケールする。
したがって、量子デバイスが計算上の利点を提供するタスクの候補である。
本研究では,高調波ポテンシャルに対する分子振動スペクトルに対する量子インスパイアされた古典的アルゴリズムを提案する。
まず, ホック状態ボゾンサンプリングに対応する分子振動スペクトル問題を, ボソンサンプリング器の動作と同じくらい精度良く古典的アルゴリズムを用いて効率的に解くことができることを示す。
特に、Gurvitsのアルゴリズムを一般化し、フォック状態ボソンサンプリングのスペクトルのフーリエ成分を近似し、フーリエ成分の誤差が小さい限りスペクトルの誤差を抑えることができることをParsevalの関係を用いて証明する。
また,Gurvits型アルゴリズムを使わずに,化学における実際の分子ビブロニックスペクトル問題に対応するガウス粒子サンプリングの分子ビブロニックスペクトル問題を正確に解くことができることを示した。
したがって、これらの問題は量子優位性の候補ではない。
次に、より一般的な分子のビブロニックスペクトル問題を提案し、これは化学的に動機づけられており、ボソンサンプリングを利用できるかもしれない。
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