論文の概要: Towards the simulation of transition-metal oxides of the cathode battery
materials using VQE methods
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.07977v1
- Date: Tue, 16 Aug 2022 22:30:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-30 22:46:47.114931
- Title: Towards the simulation of transition-metal oxides of the cathode battery
materials using VQE methods
- Title（参考訳）: VQE法による陰極電池材料の遷移金属酸化物のシミュレーションに向けて
- Authors: Marwa H. Farag and Joydip Ghosh
- Abstract要約: 変分量子固有解法(VQE)は、ノイズのある中間スケール量子ハードウェアを利用してモデルハミルトンの最小固有値を得るハイブリッド量子古典法である。
本研究では,バッテリカソード用遷移金属酸化物LiCoO$の基底状態エネルギーを得るためにVQE法を用いる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: Variational quantum eigensolver (VQE) is a hybrid quantum-classical technique
that leverages noisy intermediate scale quantum (NISQ) hardware to obtain the
minimum eigenvalue of a model Hamiltonian. VQE has so far been used to simulate
condensed matter systems as well as quantum chemistry of small molecules. In
this work, we employ VQE methods to obtain the ground-state energy of
LiCoO$_2$, a candidate transition metal oxide used for battery cathodes. We
simulate Li$_2$Co$_2$O$_4$ and Co$_2$O$_4$ gas-phase models, which represent
the lithiated and delithiated states during the discharge and the charge of the
Li-ion battery, respectively. Computations are performed using a statevector
simulator with a single reference state for three different trial
wavefunctions: unitary coupled-cluster singles and doubles (UCCSD), unitary
coupled-cluster generalized singles and doubles (UCCGSD) and k-unitary pair
coupled-cluster generalized singles and doubles (k-UpCCGSD). The resources in
terms of circuit depth, two-qubit entangling gates and wavefunction parameters
are analyzed. We find that the k-UpCCGSD with k=5 produces results similar to
UCCSD but at a lower cost. Finally, the performance of VQE methods is
benchmarked against the classical wavefunction-based methods, such as
coupled-cluster singles and doubles (CCSD) and complete active space
configuration interaction (CASCI). Our results show that VQE methods
quantitatively agree with the results obtained from CCSD. However, the
comparison against the CASCI results clearly suggests that advanced trial
wavefunctions are likely necessary to capture the multi-reference
characteristics as well as the correlations emerging from high-level electronic
excitations.
- Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、ノイズのある中間スケール量子(NISQ)ハードウェアを利用してモデルハミルトンの最小固有値を得るハイブリッド量子古典法である。
VQEはこれまで、凝縮物質系のシミュレートや小さな分子の量子化学に使われてきた。
本研究では,電池陰極用遷移金属酸化物LiCoO$_2$の基底状態エネルギーを得るためにVQE法を用いる。
li-ion電池の放電中のリチウム化状態とリチウム化状態を表すli$_2$co$_2$o$_4$とco$_2$o$_4$ガス相モデルをシミュレートした。
計算は、ユニタリ結合クラスターシングルとダブルス(uccsd)、ユニタリ結合クラスター一般化シングルとダブルス(uccgsd)、k-ユニタリペア結合クラスター一般化シングルとダブルス(k-upccgsd)の3つの異なる試行波関数のための単一の参照状態を持つ状態ベクトルシミュレータを用いて行われる。
回路の深さ, 2量子ビット絡み込みゲート, 波動関数パラメータなどの資源を解析した。
k=5 の k-UpCCGSD は UCCSD と同様の結果をもたらすが,低コストで得られる。
最後に、VQE法の性能を、結合クラスタシングルとダブルス(CCSD)や完全なアクティブ空間構成相互作用(CASCI)といった古典的な波動関数に基づく手法と比較する。
その結果,VQE法はCCSDの結果と定量的に一致することがわかった。
しかし、CASCIとの比較から、高レベルの電子励起から生じる相関だけでなく、多参照特性を捉えるためには高度なトライアル波動関数が必要である可能性が示唆されている。
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