論文の概要: Quantum Simulation of Realistic Materials in First Quantization Using Non-local Pseudopotentials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.07654v2
- Date: Thu, 25 Jul 2024 00:09:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-26 19:46:37.225762
- Title: Quantum Simulation of Realistic Materials in First Quantization Using Non-local Pseudopotentials
- Title（参考訳）: 非局所擬ポテンシャルを用いた第一量子化における現実物質の量子シミュレーション
- Authors: Dominic W. Berry, Nicholas C. Rubin, Ahmed O. Elnabawy, Gabriele Ahlers, A. Eugene DePrince III, Joonho Lee, Christian Gogolin, Ryan Babbush,
- Abstract要約: 本稿では、電子構造の量子シミュレーションにおける第1の量子化平面波アルゴリズムの有用性を改良し、実証する。
我々は、最も正確で広く使われている偽ポテンシャルの1つである、Goedecker-Tetter-Hutter(GTH)擬ポテンシャルに焦点をあてる。
GTH擬ポテンシャルの複雑な形式にもかかわらず、量子シミュレーションの全体的なコストを大幅に増大させることなく、関連する演算子のエンコードをブロックすることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3166122476354067
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper improves and demonstrates the usefulness of the first quantized plane-wave algorithms for the quantum simulation of electronic structure, developed by Babbush et al. and Su et al. We describe the first quantum algorithm for first quantized simulation that accurately includes pseudopotentials. We focus on the Goedecker-Tetter-Hutter (GTH) pseudopotential, which is among the most accurate and widely used norm-conserving pseudopotentials enabling the removal of core electrons from the simulation. The resultant screened nuclear potential regularizes cusps in the electronic wavefunction so that orders of magnitude fewer plane waves are required for a chemically accurate basis. Despite the complicated form of the GTH pseudopotential, we are able to block encode the associated operator without significantly increasing the overall cost of quantum simulation. This is surprising since simulating the nuclear potential is much simpler without pseudopotentials, yet is still the bottleneck. We also generalize prior methods to enable the simulation of materials with non-cubic unit cells, which requires nontrivial modifications. Finally, we combine these techniques to estimate the block-encoding costs for commercially relevant instances of heterogeneous catalysis (e.g. carbon monoxide adsorption on transition metals) and compare to the quantum resources needed to simulate materials in second quantization. We conclude that for computational cells with many particles, first quantization often requires meaningfully less spacetime volume.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,Babbush et al と Su et al によって開発された電子構造の量子シミュレーションにおける最初の量子化平面波アルゴリズムの有用性について述べる。
我々は、シミュレーションからコア電子を除去できる最も正確で広く使われているノルム保存擬ポテンシャルの1つであるゴデッカー・テッター・ハッター擬ポテンシャル(GTH)に焦点を当てる。
その結果、スクリーニングされた核ポテンシャルは電子波動関数のカスプを正則化し、化学的に正確に平面波のオーダーが桁違いに少ないようにする。
GTH擬ポテンシャルの複雑な形式にもかかわらず、量子シミュレーションの全体的なコストを大幅に増大させることなく、関連する演算子のエンコードをブロックすることができる。
核ポテンシャルのシミュレーションは疑似ポテンシャルなしではずっとシンプルだが、いまだにボトルネックとなっているため、これは驚くべきことである。
また, 従来の手法を一般化して, 非キュービック単位細胞を用いた材料シミュレーションを可能にした。
最後に、これらの手法を組み合わせて、不均一触媒(例えば遷移金属への一酸化炭素吸着)の商業的事例に対するブロックエンコーディングコストを推定し、第2量子化で材料をシミュレートするために必要な量子資源と比較する。
我々は、多くの粒子を持つ計算セルの場合、第一量子化は時空体積を有意に少なくする必要があると結論付けている。
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