論文の概要: Implementation of the Density-functional Theory on Quantum Computers
with Linear Scaling with respect to the Number of Atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.07067v1
- Date: Thu, 13 Jul 2023 21:17:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-17 15:32:09.192801
- Title: Implementation of the Density-functional Theory on Quantum Computers
with Linear Scaling with respect to the Number of Atoms
- Title（参考訳）: 原子数に関する線形スケーリングを用いた量子コンピュータにおける密度汎関数理論の実装
- Authors: Taehee Ko and Xiantao Li and Chunhao Wang
- Abstract要約: 密度汎関数理論(DFT)は化学と物質科学の計算機シミュレーションに革命をもたらした。
理論の忠実な実装には、自己整合性計算が必要である。
本稿では,原子数に対して線形スケーリングを有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）: 1.4502611532302039
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Density-functional theory (DFT) has revolutionized computer simulations in
chemistry and material science. A faithful implementation of the theory
requires self-consistent calculations. However, this effort involves repeatedly
diagonalizing the Hamiltonian, for which a classical algorithm typically
requires a computational complexity that scales cubically with respect to the
number of electrons. This limits DFT's applicability to large-scale problems
with complex chemical environments and microstructures. This article presents a
quantum algorithm that has a linear scaling with respect to the number of
atoms, which is much smaller than the number of electrons. Our algorithm
leverages the quantum singular value transformation (QSVT) to generate a
quantum circuit to encode the density-matrix, and an estimation method for
computing the output electron density. In addition, we present a randomized
block coordinate fixed-point method to accelerate the self-consistent field
calculations by reducing the number of components of the electron density that
needs to be estimated.
The proposed framework is accompanied by a rigorous error analysis that
quantifies the function approximation error, the statistical fluctuation, and
the iteration complexity. In particular, the analysis of our self-consistent
iterations takes into account the measurement noise from the quantum circuit.
These advancements offer a promising avenue for tackling large-scale DFT
problems, enabling simulations of complex systems that were previously
computationally infeasible.
- Abstract（参考訳）: 密度汎関数理論(DFT)は化学と物質科学の計算機シミュレーションに革命をもたらした。
理論の忠実な実装には自己整合性計算が必要である。
しかし、この取り組みはハミルトニアンを繰り返し対角化することを含み、古典的アルゴリズムは通常電子の数に対して立方的にスケールする計算複雑性を必要とする。
これにより、複雑な化学環境やミクロ構造を持つ大規模問題へのDFTの適用性が制限される。
本稿では、電子の数よりもはるかに小さい原子数に対して線形スケーリングを持つ量子アルゴリズムを提案する。
我々のアルゴリズムは量子特異値変換(QSVT)を利用して密度行列を符号化する量子回路と出力電子密度を計算するための推定方法を生成する。
さらに, 計算に必要な電子密度の成分数を減少させることにより, 自己整合場計算を高速化するランダム化ブロック座標固定点法を提案する。
提案するフレームワークには,関数近似誤差,統計ゆらぎ,反復複雑性を定量化する厳密な誤差解析が伴っている。
特に、我々の自己整合反復の解析は、量子回路からの測定ノイズを考慮している。
これらの進歩は、大規模なDFT問題に取り組むための有望な道を提供し、以前は計算不可能だった複雑なシステムのシミュレーションを可能にする。
関連論文リスト
- Spin coupling is all you need: Encoding strong electron correlation on quantum computers [0.0]
量子コンピュータはスピン結合初期状態の形で支配的絡み合い構造を直接符号化することにより、強相関分子系を効率的にシミュレートできることを示す。
我々の研究は、古典的な挑戦的なシステムのための電子構造のスケーラブルな量子シミュレーションへの道を開いた。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-29T17:14:21Z) - Quantum benefit of the quantum equation of motion for the strongly
coupled many-body problem [0.0]
量子運動方程式 (quantum equation of motion, QEOM) はフェルミオン多体系の励起特性を計算するためのハイブリッド量子古典アルゴリズムである。
我々は、qEOMが要求される量子測定数の独立性により量子的利益を示すことを明らかに示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-09-18T22:10:26Z) - Dense outputs from quantum simulations [5.295277584890625]
量子密度出力問題は、時間依存の量子力学から時間累積観測値を評価する過程である。
この問題は量子制御や分光計算などの応用で頻繁に発生する。
我々は、早期および完全フォールトトレラントな量子プラットフォームの両方で動作するように設計されたアルゴリズムを提示する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-07-26T18:16:51Z) - Electronic Structure Calculations using Quantum Computing [0.0]
本稿では,変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムを用いた古典量子計算手法を提案する。
我々のアルゴリズムは古典的手法よりも少ない計算資源を必要とする合理化プロセスを提供する。
結果は,新しい材料や技術の開発を迅速化するアルゴリズムの可能性を示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-05-13T12:02:05Z) - Folded Spectrum VQE : A quantum computing method for the calculation of
molecular excited states [0.0]
分子励起状態の計算のための変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムの拡張としてのFolded Spectrum (FS)法
量子モンテカルロの文献の分散に基づく手法に触発され、FS法はエネルギーの分散を最小限に抑え、計算コストのかかる2乗ハミルトン式を必要とする。
FS-VQE法を小分子に適用し,計算コストを大幅に削減する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-05-08T15:34:56Z) - A hybrid quantum-classical algorithm for multichannel quantum scattering
of atoms and molecules [62.997667081978825]
原子と分子の衝突に対するシュリンガー方程式を解くためのハイブリッド量子古典アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムはコーン変分原理の$S$-matrixバージョンに基づいており、基本散乱$S$-matrixを計算する。
大規模多原子分子の衝突をシミュレートするために,アルゴリズムをどのようにスケールアップするかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-04-12T18:10:47Z) - Numerical Simulations of Noisy Quantum Circuits for Computational
Chemistry [51.827942608832025]
短期量子コンピュータは、小さな分子の基底状態特性を計算することができる。
計算アンサッツの構造と装置ノイズによる誤差が計算にどのように影響するかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-31T16:33:10Z) - Variational Adiabatic Gauge Transformation on real quantum hardware for
effective low-energy Hamiltonians and accurate diagonalization [68.8204255655161]
変分アダバティックゲージ変換(VAGT)を導入する。
VAGTは、現在の量子コンピュータを用いてユニタリ回路の変動パラメータを学習できる非摂動型ハイブリッド量子アルゴリズムである。
VAGTの精度は、RigettiおよびIonQ量子コンピュータ上でのシミュレーションと同様に、トラフ数値シミュレーションで検証される。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-11-16T20:50:08Z) - An Algebraic Quantum Circuit Compression Algorithm for Hamiltonian
Simulation [55.41644538483948]
現在の世代のノイズの多い中間スケール量子コンピュータ(NISQ)は、チップサイズとエラー率に大きく制限されている。
我々は、自由フェルミオンとして知られる特定のスピンハミルトニアンをシミュレーションするために、量子回路を効率よく圧縮するために局所化回路変換を導出する。
提案した数値回路圧縮アルゴリズムは、後方安定に動作し、$mathcalO(103)$スピンを超える回路合成を可能にするスピンの数で3次スケールする。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-06T19:38:03Z) - Quantum-Classical Hybrid Algorithm for the Simulation of All-Electron
Correlation [58.720142291102135]
本稿では、分子の全電子エネルギーと古典的コンピュータ上の特性を計算できる新しいハイブリッド古典的アルゴリズムを提案する。
本稿では,現在利用可能な量子コンピュータ上で,化学的に関連性のある結果と精度を実現する量子古典ハイブリッドアルゴリズムの能力を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-06-22T18:00:00Z) - Fixed Depth Hamiltonian Simulation via Cartan Decomposition [59.20417091220753]
時間に依存しない深さの量子回路を生成するための構成的アルゴリズムを提案する。
一次元横フィールドXYモデルにおけるアンダーソン局在化を含む、モデルの特殊クラスに対するアルゴリズムを強調する。
幅広いスピンモデルとフェルミオンモデルに対して正確な回路を提供するのに加えて、我々のアルゴリズムは最適なハミルトニアンシミュレーションに関する幅広い解析的および数値的な洞察を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-04-01T19:06:00Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。