論文の概要: Adaptive Basis Sets for Practical Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.06471v1
- Date: Fri, 11 Nov 2022 20:17:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 18:10:23.640834
- Title: Adaptive Basis Sets for Practical Quantum Computing
- Title（参考訳）: 量子コンピューティングのための適応基底集合
- Authors: Hyuk-Yong Kwon, Gregory M. Curtin, Zachary Morrow, C. T. Kelley, Elena
Jakubikova
- Abstract要約: 我々は、量子コンピューティングに適した小さな基底セットを開発する。
本稿では,分子構造に依存した適応基底集合を用いることで,量子化学計算の精度を劇的に向上させることができることを示す。
このアプローチは他の分子系やより大きな基底集合にも直接的に拡張することができる。
- 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: Electronic structure calculations on small systems such as H$_2$, H$_2$O,
LiH, and BeH$_2$ with chemical accuracy are still a challenge for the current
generation of the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. One of the
reasons is that due to the device limitations, only minimal basis sets are
commonly applied in quantum chemical calculations, which allow one to keep the
number of qubits employed in the calculations at minimum. However, the use of
minimal basis sets leads to very large errors in the computed molecular
energies as well as potential energy surface shapes. One way to increase the
accuracy of electronic structure calculations is through the development of
small basis sets better suited for quantum computing. In this work, we show
that the use of adaptive basis sets, in which exponents and contraction
coefficients depend on molecular structure, provide an easy way to dramatically
improve the accuracy of quantum chemical calculations without the need to
increase the basis set size and thus the number of qubits utilized in quantum
circuits. As a proof of principle, we optimize an adaptive minimal basis set
for quantum computing calculations on an H$_2$ molecule, in which exponents and
contraction coefficients depend on the H-H distance, and apply it to the
generation of H$_2$ potential energy surface on IBM-Q quantum devices. The
adaptive minimal basis set reaches the accuracy of the double-zeta basis sets,
thus allowing one to perform double-zeta quality calculations on quantum
devices without the need to utilize twice as many qubits in simulations. This
approach can be extended to other molecular systems and larger basis sets in a
straightforward manner.
- Abstract（参考訳）: H$_2$、H$_2$O、LiH、BeH$_2$といった化学精度の小さなシステムにおける電子構造計算は、現在、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスを発生させる上での課題である。
その理由の1つは、デバイスの制限のため、量子化学計算において最小基底集合のみが一般的に適用され、最小の計算で使用される量子ビットの数を維持できるためである。
しかし、最小基底集合の使用は、計算された分子エネルギーと潜在的なエネルギー表面形状に非常に大きな誤差をもたらす。
電子構造計算の精度を向上させる一つの方法は、量子コンピューティングに適した小さな基底集合の開発である。
本研究では, 指数と縮退係数が分子構造に依存する適応基底集合を用いることにより, 基底集合の大きさを増加させることなく, 量子化学計算の精度を劇的に向上し, 量子回路で用いられる量子ビット数を増加させる方法を示す。
原理の証明として、H$2$分子上の量子コンピューティング計算のための適応最小基底を最適化し、指数と収縮係数がH-H距離に依存するようにし、IBM-Q量子デバイス上でのH$2$のポテンシャルエネルギー曲面の生成に適用する。
適応最小基底セットは二重ゼータ基底セットの精度に達するため、シミュレーションで2倍の量子ビットを使用することなく、量子デバイス上で二重ゼータ品質計算を行うことができる。
このアプローチは他の分子系やより大きな基底集合にも直接的に拡張することができる。
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