論文の概要: Orbital-rotated Fermi-Hubbard model as a benchmarking problem for
quantum chemistry with the exact solution
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.11869v1
- Date: Mon, 19 Feb 2024 06:24:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-20 18:02:10.902501
- Title: Orbital-rotated Fermi-Hubbard model as a benchmarking problem for
quantum chemistry with the exact solution
- Title（参考訳）: 正確な解を持つ量子化学のベンチマーク問題としての軌道回転フェルミ・ハバードモデル
- Authors: Ryota Kojima, Masahiko Kamoshita, Keita Kanno
- Abstract要約: 量子アルゴリズムの重要な応用の1つである量子化学の問題を考察する。
分子ハミルトニアンにおける多くの用語は、量子化学に量子アルゴリズムを適用する際に大きなボトルネックとなる。
我々は、分子ハミルトニアンに匹敵する項の順序を持つ、正確に解けるハミルトニアンの集合を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Evaluating the relative performance of different quantum algorithms for
quantum computers is of great significance in the research of quantum
algorithms. In this study, we consider the problem of quantum chemistry, which
is considered one of the important applications of quantum algorithms. While
evaluating these algorithms in systems with a large number of qubits is
essential to see the scalability of the algorithms, the solvable models usually
used for such evaluations typically have a small number of terms compared to
the molecular Hamiltonians used in quantum chemistry. The large number of terms
in molecular Hamiltonians is a major bottleneck when applying quantum
algorithms to quantum chemistry. Various methods are being considered to
address this problem, highlighting its importance in developing quantum
algorithms for quantum chemistry. Based on these points, a solvable model with
a number of terms comparable to the molecular Hamiltonian is essential to
evaluate the performance of such algorithms. In this paper, we propose a set of
exactly solvable Hamiltonians that has a comparable order of terms with
molecular Hamiltonians by applying a spin-involving orbital rotation to the
one-dimensional Fermi-Hubbard Hamiltonian. We verify its similarity to the
molecular Hamiltonian from some prospectives and investigate whether the
difficulty of calculating the ground-state energy changes before and after
orbital rotation by applying the density matrix renormalization group up to 24
sites corresponding to 48 qubits. This proposal would enable proper evaluation
of the performance of quantum algorithms for quantum chemistry, serving as a
guiding framework for algorithm development.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータにおける異なる量子アルゴリズムの相対的性能の評価は、量子アルゴリズムの研究において非常に重要である。
本研究では,量子アルゴリズムの重要な応用の一つと考えられる量子化学の問題を考える。
量子ビット数の多い系でこれらのアルゴリズムを評価することは、アルゴリズムのスケーラビリティを確認するために必須であるが、この評価に通常用いられる可解モデルは、量子化学で使われる分子ハミルトニアンと比較して、少ない項しか持たない。
分子ハミルトニアンにおける多くの用語は、量子化学に量子アルゴリズムを適用する際に大きなボトルネックとなる。
この問題に対処する様々な手法が検討されており、量子化学のための量子アルゴリズムの開発における重要性を強調している。
これらの点に基づいて、分子ハミルトニアンに匹敵する多くの項を持つ可解モデルは、そのようなアルゴリズムの性能を評価するために不可欠である。
本稿では,1次元フェルミ・ハバード・ハミルトニアンにスピン誘起軌道回転を適用することにより,分子ハミルトニアンと同等の項次数を持つ解解可能なハミルトニアンの集合を提案する。
分子ハミルトニアンとの類似性を検証するとともに、密度行列再正規化群を48量子ビットに対応する24点まで適用することにより、軌道回転前後の基底状態エネルギー変化の計算の難しさを検証した。
この提案により、量子化学における量子アルゴリズムの性能を適切に評価することができ、アルゴリズム開発のための指針となる。
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