論文の概要: Quantum hardware demonstrations of relativistic calculations of molecular electric dipole moments: from light to heavy systems using Variational Quantum Eigensolver
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.04992v1
- Date: Fri, 7 Jun 2024 15:04:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-10 13:32:11.996811
- Title: Quantum hardware demonstrations of relativistic calculations of molecular electric dipole moments: from light to heavy systems using Variational Quantum Eigensolver
- Title（参考訳）: 分子電気双極子モーメントの相対論的計算の量子ハードウェアによる実証:変分量子固有解法を用いた光から重系へ
- Authors: Palak Chawla, Shweta, K. R. Swain, Tushti Patel, Renu Bala, Disha Shetty, Kenji Sugisaki, Sudhindu Bikash Mandal, Jordi Riu, Jan Nogue, V. S. Prasannaa, B. P. Das,
- Abstract要約: 本研究では、変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムを相対論的状態に拡張する。
我々は18量子ビットの量子シミュレーションを行い、基底状態エネルギーと単価二原子分子のPDMを得る。
我々は、最適化された一元結合クラスタ状態上で、中程度の重みを持つSrHおよびSrF分子のPDMを測定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4074484551332309
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The quantum-classical hybrid Variational Quantum Eigensolver (VQE) algorithm is recognized to be the method of choice to obtain ground state energies of quantum many-body systems in the noisy intermediate scale quantum (NISQ) era. This study not only extends the VQE algorithm to the relativistic regime, but also calculates a property other than energy, namely the molecular permanent electric dipole moment (PDM). We carry out 18-qubit quantum simulations to obtain ground state energies as well as PDMs of single-valence diatomic molecules, ranging from the light BeH to the heavy radioactive RaH molecule. We investigate the correlation trends in these systems as well as access the precision in our results. Furthermore, we measure the PDM of the moderately heavy SrH and SrF molecules on the optimized unitary coupled cluster state, using the state-of-the-art IonQ Aria-I quantum computer in an active space of 6 qubits. The associated quantum circuits for these computations were extensively optimized in view of limitations imposed by NISQ hardware. To that end, we employ an array of techniques, including the use of point group symmetries, integrating ZX-Calculus into our pipeline-based circuit optimization, and energy sort VQE procedure. Through these methods, we compress our 6-qubit quantum circuit from 280 two-qubit gates to 37 two-qubit gates (with a marginal trade-off of 0.33 and 0.31 percent in the PDM for SrH and SrF in their respective 6-spin orbital active spaces). We anticipate that our proof-of-concept demonstration lays the groundwork for future quantum hardware calculations involving heavy atoms and molecules.
- Abstract（参考訳）: 量子古典的ハイブリッド変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムは、ノイズのある中間スケール量子(NISQ)時代の量子多体系の基底状態エネルギーを得る方法として選択されている。
この研究は、VQEアルゴリズムを相対論的状態にまで拡張するだけでなく、エネルギー以外の性質、すなわち分子永続電気双極子モーメント(PDM)を計算する。
我々は18量子ビットの量子シミュレーションを行い、光BeHから重い放射性RaH分子まで、基底状態エネルギーと単価二原子分子のPDMを得る。
本稿では,これらのシステムにおける相関関係の傾向と,その結果の精度について検討する。
さらに,SrHおよびSrF分子のPDMを,最先端のIonQ Aria-I量子コンピュータを用いて6キュービットの活性空間で測定した。
これらの計算に付随する量子回路は、NISQハードウェアが課す制限を考慮し、広範囲に最適化された。
そこで我々は,点群対称性の利用,パイプラインに基づく回路最適化へのZX-Calculusの統合,VQEのエネルギソートなど,一連の手法を採用した。
これらの方法で、我々は6量子ビット量子回路を280個の2量子ビットゲートから37個の2量子ビットゲートに圧縮する(それぞれの6スピンの軌道活動空間におけるSrHとSrFのPDMの限界トレードオフは0.33と0.31%)。
我々は、概念実証が、重原子や分子を含む将来の量子ハードウェア計算の基礎となることを期待する。
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