論文の概要: More Quantum Chemistry with Fewer Qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.16873v1
- Date: Thu, 31 Aug 2023 17:21:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-01 13:43:55.138878
- Title: More Quantum Chemistry with Fewer Qubits
- Title（参考訳）: 量子ビットの少ない量子化学
- Authors: Jakob G\"unther, Alberto Baiardi, Markus Reiher, Matthias Christandl
- Abstract要約: 本稿では,2次摂動理論を用いて物理問題の表現を改善する量子アルゴリズムを提案する。
特に、我々の量子アルゴリズムは、未摂動ハミルトニアン(H$)の下での一連の時間進化ステップを通して二階エネルギー補正を評価する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0624606551524207
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computation is the most promising new paradigm for the simulation of
physical systems composed of electrons and atomic nuclei. An atomistic problem
in chemistry, solid-state physics, materials science, or molecular biology can
be mapped to a representation on a (digital) quantum computer. Any such
representation will be reduced dimensional as, for instance, accomplished by
active-orbital-space approaches. While it is, in principle, obvious how to
improve on the representation by including more orbitals, this is usually
unfeasible in practice (e.g., because of the limited number of qubits available
on a quantum computer) and severely compromises the accuracy of the obtained
results. Here, we propose a quantum algorithm that improves on the
representation of the physical problem by virtue of second-order perturbation
theory. In particular, our quantum algorithm evaluates the second-order energy
correction through a series of time-evolution steps under the unperturbed
Hamiltonian ($H$), which allows us to take advantage of an underlying structure
that $H$ might have. For multireference perturbation theory, we exploit that
$H$ is diagonal for virtual orbitals and show that the number of qubits is
independent of the number of virtual orbitals. Moreover, our perturbation
theory quantum algorithm can be applied to Symmetry-Adapted Perturbation Theory
(SAPT). Here, we use the fact that $H$ is the sum of two commuting monomer
Hamiltonians, which makes it possible to calculate the full second-order energy
correction of SAPT while only having access to the state of one of the monomers
at a time. As such, we reduce the quantum hardware requirements for quantum
chemistry by leveraging perturbation theory.
- Abstract（参考訳）: 量子計算は、電子と原子核からなる物理系のシミュレーションのための最も有望な新しいパラダイムである。
化学、固体物理学、材料科学、分子生物学における原子論的な問題は(デジタル)量子コンピュータ上の表現にマッピングすることができる。
そのような表現は、例えば、能動軌道空間のアプローチによって達成されるような次元を縮小する。
原理的には、より多くの軌道を含むことによって表現を改善する方法が明確であるが、実際には(例えば量子コンピュータで利用可能な量子ビットの数が限られているため)実現不可能であり、得られた結果の精度を著しく損なう。
本稿では,二階摂動理論を用いて物理問題の表現を改善する量子アルゴリズムを提案する。
特に、量子アルゴリズムは、摂動しないハミルトニアン(h$)の下で一連の時間変化ステップを通じて二階のエネルギー補正を評価します。
多参照摂動理論では、$H$は仮想軌道の対角線であり、量子ビットの数は仮想軌道の数とは独立であることを示す。
さらに、我々の摂動理論量子アルゴリズムは、対称性適応摂動理論(SAPT)に適用できる。
ここでは、$H$が2つの通勤単量体ハミルトンの和であるという事実を用いて、SAPTの2階エネルギー補正を計算でき、同時に1つの単量体の状態にのみアクセスすることができる。
したがって、摂動理論を利用して量子化学の量子ハードウェア要件を低減できる。
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