論文の概要: Hamiltonian Simulation of Quantum Beats in Radical Pairs Undergoing
Thermal Relaxation on Near-term Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.10107v1
- Date: Mon, 22 Aug 2022 07:29:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-30 05:10:37.396745
- Title: Hamiltonian Simulation of Quantum Beats in Radical Pairs Undergoing
Thermal Relaxation on Near-term Quantum Computers
- Title（参考訳）: 短期量子コンピュータで熱緩和を受けるラジカル対の量子ビートに関するハミルトンシミュレーション
- Authors: Meltem Tolunay, Ieva Liepuoniute, Mariya Vyushkova, Barbara A. Jones
- Abstract要約: ラジカル対機構の量子力学は、量子生物学、材料科学、スピン化学の主要な推進力である。
我々は量子ビート現象を受ける2つのラジカル対系のハミルトニアン進化と熱緩和をシミュレートするために量子コンピュータを利用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum dynamics of the radical pair mechanism is a major driving force in
quantum biology, materials science, and spin chemistry. The rich quantum
physical underpinnings of the mechanism are determined by a coherent
oscillation (quantum beats) between the singlet and triplet spin states and
their interactions with the environment, which is challenging to experimentally
explore and computationally simulate. In this work, we take advantage of
quantum computers to simulate the Hamiltonian evolution and thermal relaxation
of two radical pair systems undergoing the quantum-beat phenomena. We study
radical pair systems with nontrivial hyperfine coupling interactions, namely,
9,10-octalin+/p-terphenyl-d14 and 2,3-dimethylbutane/p-terphenyl-d14 that have
one and two groups of magnetically equivalent nuclei, respectively. Thermal
relaxation dynamics in these systems are simulated using three methods: Kraus
channel representations, noise models on Qiskit Aer and the inherent qubit
noise present on the near-term quantum hardware. By leveraging the inherent
qubit noise, we are able to simulate noisy quantum beats in the two radical
pairs better than with any classical approximation or quantum simulator. While
classical simulations of paramagnetic relaxation grow errors and uncertainties
as a function of time, near-term quantum computers can match the experimental
data throughout its time evolution, showcasing their unique suitability and
future promise in simulating open quantum systems in chemistry.
- Abstract（参考訳）: ラジカル対機構の量子力学は、量子生物学、物質科学、スピン化学において主要な推進力である。
機構の豊富な量子物理基盤は、一重項スピン状態と三重項スピン状態の間のコヒーレント振動(量子ビート)と、それらの環境との相互作用によって決定される。
本研究では,量子コンピュータを利用して,量子ビート現象を受ける2つのラジカル対系のハミルトニアン進化と熱緩和をシミュレートする。
9,10-オクタリン+/p-テルフェニル-d14と2,3-ジメチルブタン/p-テルフェニル-d14は磁気等価核の1つと2つの基を持つ。
これらの系の熱緩和ダイナミクスは、クラウスチャネル表現、qiskit aerのノイズモデル、および短期量子ハードウェアに存在する固有量子ビットノイズの3つの方法を用いてシミュレートされる。
固有量子ビットノイズを利用することで、従来の近似や量子シミュレータよりも2つのラジカル対のノイズ量子ビートをシミュレートすることができる。
常磁性緩和の古典的なシミュレーションは時間の関数としてエラーや不確実性を増大させるが、短期量子コンピュータはその時間の進化を通じて実験データと一致し、化学におけるオープン量子系をシミュレートする独自の適合性と将来の約束を示す。
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