論文の概要: Quantum Computation of Hydrogen Bond Dynamics and Vibrational Spectra
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.08571v2
- Date: Mon, 20 Mar 2023 13:46:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-24 04:46:48.477934
- 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, Miguel Angel
Lopez-Ruiz, Anurag Dwivedi, 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: 本稿では,水素結合系と,量子論理を用いたより一般的な化学力学問題を解くための枠組みを紹介する。
本稿では,QSCOUT ion-trap 量子コンピュータを用いて本手法の実証実験を行った。
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導入する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.37187295985559027
- 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. Yet one of the most common and important
chemical systems in nature - the hydrogen bond - has remained a challenge to
study using quantum hardware on account of its anharmonic potential energy
landscape. Here, we introduce a framework for solving hydrogen-bond systems and
more generic chemical dynamics problems using quantum logic. We experimentally
demonstrate a proof-of-principle instance of our method using the QSCOUT
ion-trap quantum computer, in which we experimentally drive the ion-trap system
to emulate the quantum wavepacket of the shared-proton within a hydrogen bond.
Following the experimental creation of the shared-proton wavepacket, we then
extract measurement observables such as its time-dependent spatial projection
and its characteristic vibrational frequencies to spectroscopic accuracy (3.3
cm$^{-1}$ wavenumbers, corresponding to > 99.9% fidelity). Our approach
introduces a new paradigm for studying the quantum chemical dynamics and
vibrational spectra of molecules, and when combined with existing algorithms
for electronic structure, opens the possibility to describe the complete
behavior of complex molecular systems with unprecedented accuracy.
- 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。
しかし、自然界でもっとも一般的で重要な化学系の1つ、水素結合は、その非調和的なポテンシャルエネルギーの展望から量子ハードウェアを用いた研究に挑戦し続けている。
本稿では,水素結合系の解法と,量子論理を用いたより汎用的な化学動力学問題を提案する。
qscoutイオントラップ量子コンピュータを用いて本手法の原理実証例を実験的に実証し、水素結合内で共有プロトンの量子波束をエミュレートするためにイオントラップシステムを実験的に駆動する。
共有プロトン波束の実験的生成に続いて、時間依存性の空間射影とその特性振動周波数などの測定可能なものを分光精度(3.3cm$^{-1}$波数、99.9%の忠実度)に抽出する。
提案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導入し、既存の電子構造のアルゴリズムと組み合わせることで、前例のない精度で複雑な分子系の完全な挙動を記述する可能性を開く。
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