論文の概要: Quantum Computation of Hydrogen Bond Dynamics and Vibrational Spectra
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.08571v1
- Date: Mon, 18 Apr 2022 21:42:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-16 11:33:37.076225
- Title: Quantum Computation of Hydrogen Bond Dynamics and Vibrational Spectra
- Title（参考訳）: 水素結合ダイナミクスと振動スペクトルの量子計算
- Authors: Philip Richerme, Melissa C. Revelle, Debadrita Saha, Sam A. Norrell,
Christopher G. Yale, Daniel Lobser, Ashlyn D. Burch, Susan M. Clark, Jeremy
M. Smith, Amr Sabry, Srinivasan S. Iyengar
- Abstract要約: 我々はQSCOUTイオントラップ量子コンピュータを用いて、短弦水素結合系における共有陽子の量子力学と振動特性を決定する。
我々のアプローチは、分子の量子化学力学と振動スペクトルを研究するための新しいパラダイムを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.39323007669342247
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Calculating the observable properties of chemical systems is often
classically intractable, and is widely viewed as a promising application of
quantum information processing. This is because a full description of chemical
behavior relies upon the complex interplay of quantum-mechanical electrons and
nuclei, demanding an exponential scaling of computational resources with system
size. While considerable progress has been made in mapping electronic-structure
calculations to quantum hardware, these approaches are unsuitable for
describing the quantum dynamics of nuclei, proton- and hydrogen-transfer
processes, or the vibrational spectra of molecules. Here, we use the QSCOUT
ion-trap quantum computer to determine the quantum dynamics and vibrational
properties of a shared proton within a short-strong hydrogen-bonded system. For
a range of initial states, we experimentally drive the ion-trap system to
emulate the quantum trajectory of the shared proton wavepacket as it evolves
along the potential surface generated by the nuclear frameworks and electronic
structure. We then extract the characteristic vibrational frequencies for the
shared proton motion to spectroscopic accuracy and determine all energy
eigenvalues of the system Hamiltonian to > 99.9% fidelity. Our approach offers
a new paradigm for studying the quantum chemical dynamics and vibrational
spectra of molecules, and when combined with quantum algorithms for electronic
structure, opens the possibility to describe the complete behavior of molecules
using exclusively quantum computation techniques.
- Abstract（参考訳）: 化学系の可観測特性の計算はしばしば古典的に難解であり、量子情報処理の有望な応用と見なされている。
これは、化学挙動の完全な記述が量子力学電子と核の複雑な相互作用に依存しており、計算資源をシステムサイズで指数関数的にスケーリングする必要があるためである。
電子構造計算を量子ハードウェアにマッピングする過程でかなりの進歩があったが、これらのアプローチは核の量子力学、陽子および水素移動過程、分子の振動スペクトルを記述するのに不適である。
ここでは、QSCOUTイオントラップ量子コンピュータを用いて、短弦水素結合系における共有陽子の量子力学と振動特性を決定する。
初期状態の範囲では、原子核の枠組みと電子構造によって生成されるポテンシャル表面に沿って進化するプロトン波束の量子軌道をエミュレートするためにイオントラップ系を実験的に駆動する。
次に、共役陽子運動の特徴振動周波数を分光学的精度で抽出し、ハミルトニアン系の全エネルギー固有値を99.9%以上まで決定する。
この手法は分子の量子化学動力学と振動スペクトルを研究する新しいパラダイムを提供し、電子構造のための量子アルゴリズムと組み合わせることで、量子計算技術のみを用いて分子の完全な挙動を記述する可能性を開く。
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