論文の概要: Ab initio extended Hubbard model of short polyenes for efficient quantum computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.01623v1
- Date: Tue, 2 Apr 2024 04:13:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-03 17:58:09.531387
- Title: Ab initio extended Hubbard model of short polyenes for efficient quantum computing
- Title（参考訳）: 高速量子コンピューティングのための短ポリエンのAb initio拡張ハバードモデル
- Authors: Yuichiro Yoshida, Nayuta Takemori, Wataru Mizukami,
- Abstract要約: 本稿では,ab initioダウンフォールディング法により導出される拡張ハバード・ハミルトンを導入することを提案する。
ab initio拡張ハバード・ハミルトンは量子コンピュータを用いた量子化学計算において大きな可能性を秘めている可能性がある。
- 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: We propose introducing an extended Hubbard Hamiltonian derived via the ab initio downfolding method, which was originally formulated for periodic materials, towards efficient quantum computing of molecular electronic structure calculations. By utilizing this method, the first-principles Hamiltonian of chemical systems can be coarse-grained by eliminating the electronic degrees of freedom in higher energy space and reducing the number of terms of electron repulsion integral from $\mathcal{O}(N^4)$ to $\mathcal{O}(N^2)$. Our approach is validated numerically on the vertical excitation energies and excitation characters of ethylene, butadiene, and hexatriene. The dynamical electron correlation is incorporated within the framework of the constrained random phase approximation in advance of quantum computations, and the constructed models capture the trend of experimental and high-level quantum chemical calculation results. As expected, the $L^1$-norm of the fermion-to-qubit mapped model Hamiltonians is significantly lower than that of conventional ab initio Hamiltonians, suggesting improved scalability of quantum computing. Those numerical outcomes and the results of the simulation of excited-state sampling demonstrate that the ab initio extended Hubbard Hamiltonian may hold significant potential for quantum chemical calculations using quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,分子電子構造計算の効率的な量子計算に向けて,もともと周期材料に定式化されたab initioダウンフォールディング法により導出される拡張ハバード・ハミルトンを導入することを提案する。
この方法を用いることで、化学系の第一原理ハミルトニアンは、高エネルギー空間における電子自由度を排除し、電子反発積分の項数を$\mathcal{O}(N^4)$から$\mathcal{O}(N^2)$に減らし、粗くすることができる。
本手法は, エチレン, ブタジエン, ヘキサトリエンの垂直励起エネルギーおよび励起特性を数値的に検証した。
動的電子相関は、量子計算に先立って制約されたランダム位相近似の枠組みに組み込まれ、構築されたモデルは、実験および高レベルの量子化学計算結果の傾向を捉えている。
予想通り、フェルミオンから量子ビットへの写像モデルであるハミルトニアンの$L^1$-normは、従来のアブ初期ハミルトニアンよりも大幅に低く、量子コンピューティングのスケーラビリティの向上を示唆している。
これらの数値結果と励起状態サンプリングのシミュレーションの結果は、アブ初期拡張ハバードハミルトニアンが量子コンピュータを用いた量子化学計算に有意なポテンシャルを持つことを示した。
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