論文の概要: Accurate and Efficient Quantum Computations of Molecular Properties
Using Daubechies Wavelet Molecular Orbitals: A Benchmark Study against
Experimental Data
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.14476v1
- Date: Sat, 28 May 2022 16:22:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-11 11:29:21.772618
- Title: Accurate and Efficient Quantum Computations of Molecular Properties
Using Daubechies Wavelet Molecular Orbitals: A Benchmark Study against
Experimental Data
- Title(参考訳): daubechies wavelet分子軌道を用いた分子特性の高精度かつ効率的な量子計算:実験データに対するベンチマーク研究
- Authors: Cheng-Lin Hong, Ting Tsai, Jyh-Pin Chou, Peng-Jen Chen, Pei-Kai Tsai,
Yu-Cheng Chen, En-Jui Kuo, David Srolovitz, Alice Hu, Yuan-Chung Cheng, and
Hsi-Sheng Goan
- Abstract要約: ダウビーウェーブレット基底から構築された最小基底集合は、分子ハミルトニアンをよりよく記述することで正確な結果が得られることを示す。
我々の研究は、分子系の効率的なQCに対して、より効率的で正確な分子ハミルトニアン表現を提供する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 5.086494083782608
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Although quantum computation (QC) is regarded as a promising numerical method
for computational quantum chemistry, current applications of quantum-chemistry
calculations on quantum computers are limited to small molecules. This
limitation can be ascribed to technical problems in building and manipulating
more qubits and the associated complicated operations of quantum gates in a
quantum circuit when the size of the molecular system becomes large. As a
result, reducing the number of required qubits is necessary to make QC
practical. Currently, the minimal STO-3G basis set is commonly used in
benchmark studies because it requires the minimum number of spin orbitals.
Nonetheless, the accuracy of using STO-3G is generally low and thus cannot
provide useful predictions. We propose to adopt Daubechies wavelet functions as
an accurate and efficient method for QCs of molecular electronic properties. We
demonstrate that a minimal basis set constructed from Daubechies wavelet basis
can yield accurate results through a better description of the molecular
Hamiltonian, while keeping the number of spin orbitals minimal. With the
improved Hamiltonian through Daubechies wavelets, we calculate vibrational
frequencies for H$_2$ and LiH using quantum-computing algorithm to show that
the results are in excellent agreement with experimental data. As a result, we
achieve quantum calculations in which accuracy is comparable with that of the
full configuration interaction calculation using the cc-pVDZ basis set, whereas
the computational cost is the same as that of a STO-3G calculation. Thus, our
work provides a more efficient and accurate representation of the molecular
Hamiltonian for efficient QCs of molecular systems, and for the first time
demonstrates that predictions in agreement with experimental measurements are
possible to be achieved with quantum resources available in near-term quantum
computers.
- Abstract(参考訳): 量子計算(QC)は量子化学の有望な数値計算法とされているが、量子コンピュータにおける量子化学計算の現在の応用は小さな分子に限られている。
この制限は、より多くの量子ビットを構築し、操作する技術的な問題と、分子系のサイズが大きくなると量子回路における量子ゲートの複雑な操作に説明できる。
その結果,QCの実現には必要量子ビット数を削減する必要がある。
現在、最小のSTO-3G基底集合は、最小数のスピン軌道を必要とするため、ベンチマーク研究で一般的に用いられる。
しかしながら、STO-3Gの精度は概して低く、有用な予測は得られない。
分子電子特性のqcsの高精度かつ効率的な手法として, daubechies wavelet関数を採用することを提案する。
ダウビーウェーブレット基底から構築された最小基底集合は、スピン軌道の数を最小に保ちながら分子ハミルトニアンをよりよく記述することで正確な結果が得られることを示した。
daubechies ウェーブレットによるハミルトニアンの改良により、量子計算アルゴリズムを用いて h$_2$ と lih の振動周波数を計算し、結果が実験データとよく一致していることを示す。
その結果, 計算コストはSTO-3G計算と同じであるのに対して, cc-pVDZベースセットを用いた完全構成相互作用計算と精度が同等となる量子計算が達成された。
そこで本研究では,分子系の効率的なQCに対する分子ハミルトニアンのより効率的かつ正確な表現を提供し,実験結果と一致した予測が,短期量子コンピュータで利用可能な量子資源で達成できることを初めて証明した。
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