論文の概要: Feasibility of accelerating homogeneous catalyst discovery with fault-tolerant quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.06335v1
• Date: Mon, 10 Jun 2024 14:52:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-11 13:38:29.281715
• Title: Feasibility of accelerating homogeneous catalyst discovery with fault-tolerant quantum computers
• Title（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータによる等質触媒発見の加速の可能性
• Authors: Nicole Bellonzi, Alexander Kunitsa, Joshua T. Cantin, Jorge A. Campos-Gonzalez-Angulo, Maxwell D. Radin, Yanbing Zhou, Peter D. Johnson, Luis A. Martínez-Martínez, Mohammad Reza Jangrouei, Aritra Sankar Brahmachari, Linjun Wang, Smik Patel, Monika Kodrycka, Ignacio Loaiza, Robert A. Lang, Alán Aspuru-Guzik, Artur F. Izmaylov, Jhonathan Romero Fontalvo, Yudong Cao,
• Abstract要約: 新規触媒の開発は化学製造の効率を大幅に向上させることができた。 本研究では, フォールトトレラント量子コンピュータを用いて均一触媒の発見を加速する可能性について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.316760038691186
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The industrial manufacturing of chemicals consumes a significant amount of energy and raw materials. In principle, the development of new catalysts could greatly improve the efficiency of chemical production. However, the discovery of viable catalysts can be exceedingly challenging because it is difficult to know the efficacy of a candidate without experimentally synthesizing and characterizing it. This study explores the feasibility of using fault-tolerant quantum computers to accelerate the discovery of homogeneous catalysts for nitrogen fixation, an industrially important chemical process. It introduces a set of ground-state energy estimation problems representative of calculations needed for the discovery of homogeneous catalysts and analyzes them on three dimensions: economic utility, classical hardness, and quantum resource requirements. For the highest utility problem considered, two steps of a catalytic cycle for the generation of cyanate anion from dinitrogen, the economic utility of running these computations is estimated to be $200,000, and the required runtime for double-factorized phase estimation on a fault-tolerant superconducting device is estimated under conservative assumptions to be 139,000 QPU-hours. The computational cost of an equivalent DMRG calculation is estimated to be about 400,000 CPU-hours. These results suggest that, with continued development, it will be feasible for fault-tolerant quantum computers to accelerate the discovery of homogeneous catalysts.
• Abstract（参考訳）: 化学品の工業生産は、かなりの量のエネルギーと原料を消費する。 原則として、新しい触媒の開発は化学製造の効率を大幅に改善する可能性がある。 しかし, 有効触媒の発見は, 実験的に合成・特性化することなく, 候補の有効性を知ることが困難であるため, 極めて困難である。 本研究では, 産業的に重要な化学プロセスである窒素固定のための均一触媒の発見を加速するために, フォールトトレラント量子コンピュータの利用の可能性を検討する。 等質触媒の発見に必要な計算を代表とした基底状態エネルギー推定問題を導入し、経済性、古典的硬度、量子資源要求の3次元で解析する。 また, 耐故障性超伝導デバイス上での2段階の位相推定は, 保守的仮定では139,000 QPU時間と推定される。 等価なDMRG計算の計算コストは、およそ40,000CPU時間と推定される。 これらの結果は、引き続き発展を続けることで、フォールトトレラント量子コンピュータが均質触媒の発見を加速することは可能であることを示唆している。

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