論文の概要: Fault-tolerant quantum algorithm for symmetry-adapted perturbation theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.07009v2
• Date: Mon, 15 May 2023 17:13:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-16 11:06:49.932326
• Title: Fault-tolerant quantum algorithm for symmetry-adapted perturbation theory
• Title（参考訳）: 対称適応摂動理論のためのフォールトトレラント量子アルゴリズム
• Authors: Cristian L. Cortes, Matthias Loipersberger, Robert M. Parrish, Sam Morley-Short, William Pol, Sukin Sim, Mark Steudtner, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Raffaele Santagati, Michael Streif
• Abstract要約: 我々は、相互作用エネルギーの対称性適応摂動理論の構成要素を、そのような可観測物の原型的な例と考える。 本稿では,1次SAPTレベルでの相互作用エネルギーをハイゼンベルク制限スケーリングで推定する量子アルゴリズムを提案する。
• 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 efficient computation of observables beyond the total energy is a key challenge and opportunity for fault-tolerant quantum computing approaches in quantum chemistry. Here we consider the symmetry-adapted perturbation theory (SAPT) components of the interaction energy as a prototypical example of such an observable. We provide a guide for calculating this observable on a fault-tolerant quantum computer while optimizing the required computational resources. Specifically, we present a quantum algorithm that estimates interaction energies at the first-order SAPT level with a Heisenberg-limited scaling. To this end, we exploit a high-order tensor factorization and block encoding technique that efficiently represents each SAPT observable. To quantify the computational cost of our methodology, we provide resource estimates in terms of the required number of logical qubits and Toffoli gates to execute our algorithm for a range of benchmark molecules, also taking into account the cost of the eigenstate preparation and the cost of block encoding the SAPT observables. Finally, we perform the resource estimation for a heme and artemisinin complex as a representative large-scale system encountered in drug design, highlighting our algorithm's performance in this new benchmark study and discussing possible bottlenecks that may be improved in future work.
• Abstract（参考訳）: 総エネルギーを超えた可観測性の効率的な計算は、量子化学におけるフォールトトレラント量子コンピューティングアプローチの重要な課題と機会である。 ここでは、相互作用エネルギーの対称性適応摂動理論(SAPT)成分を、そのような可観測物の原型的な例と考える。 必要な計算資源を最適化しながら、フォールトトレラント量子コンピュータ上で観測可能な計算を行うためのガイドを提供する。 具体的には,1次SAPTレベルでの相互作用エネルギーをハイゼンベルク制限スケーリングで推定する量子アルゴリズムを提案する。 この目的のために,各saptを効率的に表現できる高次テンソル分解およびブロック符号化技術を利用する。 提案手法の計算コストを定量化するために,一連のベンチマーク分子に対するアルゴリズムの実行に必要な論理量子ビット数とToffoliゲート数から資源推定値を提供するとともに,固有状態生成のコストとSAPTオブザーバブルを符号化するブロックのコストを考慮に入れた。 最後に, ヘムおよびアルテミシニン複合体の資源推定をドラッグデザインで発生する大規模システムとして行い, 本ベンチマークにおけるアルゴリズムの性能を強調し, 今後の研究で改善される可能性のあるボトルネックについて考察する。

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