論文の概要: A Quantum Computing Implementation of Nuclear-Electronic Orbital (NEO)
Theory: Towards an Exact pre-Born-Oppenheimer Formulation of Molecular
Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.07814v1
- Date: Wed, 15 Feb 2023 17:55:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-16 14:22:52.615446
- Title: A Quantum Computing Implementation of Nuclear-Electronic Orbital (NEO)
Theory: Towards an Exact pre-Born-Oppenheimer Formulation of Molecular
Quantum Systems
- Title（参考訳）: 原子核-電子軌道(NEO)理論の量子計算による実装:分子量子系の実効前オッペンハイマー定式化に向けて
- Authors: Arseny Kovyrshin, M{\aa}rten Skogh, Anders Broo, Stefano Mensa, Emre
Sahin, Jason Crain, Ivano Tavernelli
- Abstract要約: 本稿では, 電子核問題に対する量子処理手法について紹介する。
我々は、NEOフレームワーク固有の対称性を利用して、電子2量子テープリング方式を一般化し、核を含むようにした。
- 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: Nuclear quantum phenomena beyond the Born-Oppenheimer approximation are known
to play an important role in a growing number of chemical and biological
processes. While there exists no unique consensus on a rigorous and efficient
implementation of coupled electron-nuclear quantum dynamics, it is recognised
that these problems scale exponentially with system size on classical
processors and therefore may benefit from quantum computing implementations.
Here, we introduce a methodology for the efficient quantum treatment of the
electron-nuclear problem on near-term quantum computers, based upon the
Nuclear-Electronic Orbital (NEO) approach. We generalize the electronic
two-qubit tapering scheme to include nuclei by exploiting symmetries inherent
in the NEO framework; thereby reducing the hamiltonian dimension, number of
qubits, gates, and measurements needed for calculations. We also develop
parameter transfer and initialisation techniques, which improve convergence
behavior relative to conventional initialisation. These techniques are applied
to H$_2$ and malonaldehyde for which results agree with Nuclear-Electronic
Orbital Full Configuration Interaction and Nuclear-Electronic Orbital Complete
Active Space Configuration Interaction benchmarks for ground state energy to
within $10^{-6}$ Ha and entanglement entropy to within $10^{-4}$. These
implementations therefore significantly reduce resource requirements for full
quantum simulations of molecules on near-term quantum devices while maintaining
high accuracy.
- Abstract（参考訳）: ボルン=オッペンハイマー近似以外の核量子現象は、化学および生物学的プロセスの増加において重要な役割を果たすことが知られている。
結合電子-原子核量子力学の厳密で効率的な実装に関するユニークなコンセンサスはないが、これらの問題は古典的プロセッサのシステムサイズと指数関数的にスケールし、量子コンピューティングの実装の恩恵を受ける可能性があると認識されている。
本稿では、核電子軌道(neo)アプローチに基づく、短期量子コンピュータにおける電子-核問題の効率的な量子処理手法を提案する。
我々は,neoフレームワークに内在する対称性を利用して電子2量子ビットテーパリングスキームを一般化し,ハミルトニアン次元,量子ビット数,ゲート数,計算に必要な測定値を削減する。
また,パラメータ転送および初期化手法を開発し,従来の初期化に対する収束挙動を改善する。
これらの手法はh$_2$とマロンアルデヒドに適用され、原子核-電子軌道完全配置相互作用と核-電子軌道完全活性空間配置相互作用ベンチマークと一致し、基底状態エネルギーは10^{-6}$ha以内、絡み合いエントロピーは10^{-4}$以内となる。
これらの実装は、高い精度を維持しながら、短期量子デバイス上の分子の完全な量子シミュレーションのリソース要求を著しく低減する。
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