論文の概要: Does the full configuration interaction method based on quantum phase estimation with Trotter decomposition satisfy the size consistency condition?
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.09830v1
- Date: Fri, 14 Jun 2024 08:36:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-17 14:34:29.399831
- Title: Does the full configuration interaction method based on quantum phase estimation with Trotter decomposition satisfy the size consistency condition?
- Title（参考訳）: トロッター分解による量子位相推定に基づく全構成相互作用法は, サイズ整合条件を満たすか?
- Authors: Kenji Sugisaki,
- Abstract要約: 本稿では,QPEに基づくフルCI計算において,時間発展演算子のトロッタ化により,サイズ整合性条件が維持可能であるか否かを検討する。
また, 逐次量子ビット付加によるQPEシミュレーションの高速化について報告する。
- 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: Electronic structure calculations of atoms and molecules are expected to be a promising application for quantum computers, and two important algorithms, the quantum phase estimation (QPE) and the variational quantum eigensolver (VQE), have been widely studied. The condition that the energy of the dimer consisting of two monomers separated by a large distance should be twice of the energy of the monomer, known as a size consistency, is very important in quantum chemical calculations. Recently, we reported that the size consistency condition can be broken by the Trotterization in the unitary coupled cluster singles and doubles (UCCSD) ansatz in VQE, when the molecular orbitals delocalized to the dimer are used (K. Sugisaki {\it et al.}, {\it J. Comput. Chem.}, published online; \href{https://doi.org/10.1002/jcc.27438}{DOI: 10.1002/jcc.27438}). It is well known that the full configuration interaction (full-CI) energy is invariant with arbitrary rotations of molecular orbitals, and therefore the QPE-based full-CI in principle satisfies the size consistency. However, Trotterization of the time evolution operator has a chance to break the size consistency conditions. In this work, we investigated whether or not the size consistency condition can be maintained by the Trotterization of the time evolution operator in the QPE-based full-CI calculations. Our numerical simulations revealed that the size consistency of the QPE-based full-CI is not automatically violated by using the molecular orbitals delocalized to the dimer, but the use of an appropriate Trotter decomposition condition is crucial to satisfy the size consistency condition. Acceleration of the QPE simulations with sequential addition of ancillary qubits is also reported.
- Abstract（参考訳）: 原子と分子の電子構造計算は量子コンピュータにとって有望な応用であると期待され、量子位相推定(QPE)と変分量子固有解法(VQE)という2つの重要なアルゴリズムが広く研究されている。
大きな距離で分離された2つのモノマーからなる二量体のエネルギーが、大きさの整合性として知られるモノマーのエネルギーの2倍になるという条件は、量子化学計算において非常に重要である。
近年,分子軌道が二量体に非局在化された場合,一元結合クラスタシングルとダブル(UCCSD)アンザッツのトロタライズにより,サイズ整合条件が破れることが報告されている(K)。
Sugisaki {\it et al }, {\it J. Comput.
Chem
オンライン公開: \href{https://doi.org/10.1002/jcc.27438}{DOI: 10.1002/jcc.27438})。
完全な構成相互作用 (full-CI) エネルギーが分子軌道の任意の回転と不変であることはよく知られている。
しかし、時間発展作用素のトロッター化は、大きさの整合性条件を破るチャンスがある。
本研究では,QPEに基づく完全CI計算における時間発展演算子のトロッタ化により,サイズ整合性条件が維持可能であるか否かを検討した。
数値シミュレーションにより, 分子軌道を二量体に非局在化することにより, QPE系フルCIのサイズ整合性は自動的には破壊されないが, 適切なトロッター分解条件を用いることは, サイズ整合性を満たすために重要であることがわかった。
また, 逐次量子ビット付加によるQPEシミュレーションの高速化について報告する。
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