論文の概要: Simulating X-ray absorption spectroscopy of battery materials on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.11015v1
- Date: Fri, 17 May 2024 18:00:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-21 19:46:29.529788
- Title: Simulating X-ray absorption spectroscopy of battery materials on a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータを用いた電池材料のX線吸収分光シミュレーション
- Authors: Stepan Fomichev, Kasra Hejazi, Ignacio Loaiza, Modjtaba Shokrian Zini, Alain Delgado, Arne-Christian Voigt, Jonathan E. Mueller, Juan Miguel Arrazola,
- Abstract要約: 本稿では,量子コンピューティングへの将来的な応用として,近縁X線吸収スペクトルのシミュレーションを提案する。
我々は、X線吸収スペクトルを計算し、そのコストを計算するための3つの量子アルゴリズムについて述べる。
そのうちの1つはモンテカルロをベースとした時間領域アルゴリズムであり、初期のフォールトトレラント量子コンピュータに費用対効果がある。
- 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: X-ray absorption spectroscopy is a crucial experimental technique for elucidating the mechanisms of structural degradation in battery materials. However, extracting information from the measured spectrum is challenging without high-quality simulations. In this work, we propose simulating near-edge X-ray absorption spectra as a promising application for quantum computing. It is attractive due to the ultralocal nature of X-ray absorption that significantly reduces the sizes of problems to be simulated, and because of the classical hardness of simulating spectra. We describe three quantum algorithms to compute the X-ray absorption spectrum and provide their asymptotic cost. One of these is a Monte-Carlo based time-domain algorithm, which is cost-friendly to early fault-tolerant quantum computers. We then apply the framework to an industrially relevant example, a CAS(22e,18o) active space for an O-Mn cluster in a Li-excess battery cathode, showing that practically useful simulations could be obtained with much fewer qubits and gates than ground-state energy estimation of the same material.
- Abstract（参考訳）: X線吸収分光法は電池材料の構造劣化機構を解明するための重要な実験手法である。
しかし, 高精度なシミュレーションがなければ, 測定スペクトルから情報を抽出することは困難である。
本研究では,量子コンピューティングへの応用として,近縁X線吸収スペクトルのシミュレーションを提案する。
X線吸収の超局所的な性質により、シミュレーションされる問題のサイズが大幅に減少し、またスペクトルをシミュレートする古典的な硬さのため、魅力的である。
我々は、X線吸収スペクトルを計算し、その漸近的なコストを提供するための3つの量子アルゴリズムについて述べる。
そのうちの1つはモンテカルロをベースとした時間領域アルゴリズムであり、初期のフォールトトレラント量子コンピュータに費用対効果がある。
次に、Li過剰電池陰極におけるO-MnクラスターのCAS(22e,18o)活性空間を工業的に応用し、同じ物質の基底状態エネルギー推定よりもはるかに少ない量子ビットとゲートで実用的に有用なシミュレーションが得られることを示した。
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