論文の概要: Programmable Simulations of Molecules and Materials with Reconfigurable Quantum Processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.02265v1
• Date: Mon, 4 Dec 2023 19:00:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-06 17:48:19.958305
• Title: Programmable Simulations of Molecules and Materials with Reconfigurable Quantum Processors
• Title（参考訳）: 再構成可能な量子プロセッサを用いた分子・材料のプログラム可能なシミュレーション
• Authors: Nishad Maskara, Stefan Ostermann, James Shee, Marcin Kalinowski, Abigail McClain Gomez, Rodrigo Araiza Bravo, Derek S. Wang, Anna I. Krylov, Norman Y. Yao, Martin Head-Gordon, Mikhail D. Lukin, and Susanne F. Yelin
• Abstract要約: モデルスピンハミルトニアンで表現できる強い相関量子系のシミュレーションフレームワークを導入する。 提案手法は、再構成可能な量子ビットアーキテクチャを利用して、リアルタイムなダイナミクスをプログラム的にシミュレートする。 本稿では, この方法を用いて, 多核遷移金属触媒と2次元磁性材料のキー特性を計算する方法について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3320294284424914
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulations of quantum chemistry and quantum materials are believed to be among the most important potential applications of quantum information processors, but realizing practical quantum advantage for such problems is challenging. Here, we introduce a simulation framework for strongly correlated quantum systems that can be represented by model spin Hamiltonians. Our approach leverages reconfigurable qubit architectures to programmably simulate real-time dynamics and introduces an algorithm for extracting chemically relevant spectral properties via classical co-processing of quantum measurement results. We develop a digital-analog simulation toolbox for efficient Hamiltonian time evolution utilizing digital Floquet engineering and hardware-optimized multi-qubit operations to accurately realize complex spin-spin interactions, and as an example present an implementation proposal based on Rydberg atom arrays. Then, we show how detailed spectral information can be extracted from these dynamics through snapshot measurements and single-ancilla control, enabling the evaluation of excitation energies and finite-temperature susceptibilities from a single-dataset. To illustrate the approach, we show how this method can be used to compute key properties of a polynuclear transition-metal catalyst and 2D magnetic materials.
• Abstract（参考訳）: 量子化学と量子材料のシミュレーションは量子情報処理の最も重要な応用の1つと考えられているが、そのような問題に対する実用的な量子優位性の実現は困難である。 本稿では,モデルスピンハミルトニアンとして表現できる強相関量子システムのためのシミュレーションフレームワークを提案する。 提案手法では、再構成可能な量子ビットアーキテクチャを用いてリアルタイム力学をプログラム的にシミュレートし、量子測定結果の古典的コプロセッシングにより化学的なスペクトル特性を抽出するアルゴリズムを導入する。 本稿では,複雑なスピンスピン相互作用を正確に実現するために,デジタルフロケット工学とハードウェア最適化マルチキュービット演算を用いた効率的なハミルトン時間発展のためのディジタルアナログシミュレーションツールボックスを開発し,その例として,Rydberg atom array に基づく実装提案を提案する。 そして, スナップショット計測と単一アンシラ制御により, これらのダイナミックスから詳細なスペクトル情報を抽出し, 励起エネルギーと有限温度感受性を単一データから評価できることを示す。 このアプローチを説明するために、この方法を用いて多核遷移金属触媒と2d磁性体の鍵物性を計算する方法を示す。

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