論文の概要: Computational analysis of chemical reactions using a variational quantum
eigensolver algorithm without specifying spin multiplicity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.05065v2
- Date: Mon, 13 Mar 2023 04:54:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-14 11:19:47.590068
- Title: Computational analysis of chemical reactions using a variational quantum
eigensolver algorithm without specifying spin multiplicity
- Title（参考訳）: スピン乗法を規定しない変分量子固有解法アルゴリズムによる化学反応の計算解析
- Authors: Soichi Shirai, Hokuto Iwakiri, Keita Kanno, Takahiro Horiba, Keita
Omiya, Hirotoshi Hirai and Sho Koh
- Abstract要約: PtCOの基底状態ポテンシャルエネルギー曲線は、変分量子固有解法アルゴリズムを用いて概念実証として計算された。
量子コンピューティングは、基底状態のスピン乗数とこのパラメータの変動が事前に分かっていない系の化学反応を分析するための強力なツールである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The analysis of a chemical reaction along the ground state potential energy
surface in conjunction with an unknown spin state is challenging because
electronic states must be separately computed several times using different
spin multiplicities to find the lowest energy state. However, in principle, the
ground state could be obtained with just a single calculation using a quantum
computer without specifying the spin multiplicity in advance. In the present
work, ground state potential energy curves for PtCO were calculated as a
proof-of-concept using a variational quantum eigensolver (VQE) algorithm. This
system exhibits a singlet-triplet crossover as a consequence of the interaction
between Pt and CO. VQE calculations using a statevector simulator were found to
converge to a singlet state in the bonding region, while a triplet state was
obtained at the dissociation limit. Calculations performed using an actual
quantum device provided potential energies within $\pm$2 kcal/mol of the
simulated energies after adopting error mitigation techniques. The spin
multiplicities in the bonding and dissociation regions could be clearly
distinguished even in the case of a small number of shots. The results of this
study suggest that quantum computing can be a powerful tool for the analysis of
the chemical reactions of systems for which the spin multiplicity of the ground
state and variations in this parameter are not known in advance.
- Abstract（参考訳）: 未知のスピン状態と連動して基底状態ポテンシャルエネルギー面に沿った化学反応の解析は困難であり、電子状態は異なるスピン乗法を用いて数回別々に計算し、最低エネルギー状態を見つける必要がある。
しかし、原理的には、スピン多重度を事前に指定することなく、量子コンピュータを用いた単一の計算だけで基底状態が得られる。
本研究では,変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムを用いて,PtCOの基底状態ポテンシャルエネルギー曲線を概念実証として計算した。
この系は、PtとCOの相互作用の結果、一重項のクロスオーバーを示す。
状態ベクトルシミュレータを用いたVQE計算により,結合領域内の一重項状態に収束し,解離限界で三重項状態が得られることがわかった。
実際の量子デバイスを用いた計算は、誤差緩和手法を採用した後、シミュレーションエネルギーの$\pm$2 kcal/mol以内のポテンシャルエネルギーを提供した。
ボンディング領域と解離領域のスピン多重性は、少量のショットであっても明確に区別できる。
本研究の結果から, 量子コンピューティングは, 基底状態のスピン乗数性とパラメータの変動が予め分かっていない系の化学反応を解析するための強力なツールとなる可能性が示唆された。
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