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/2406.09830v3
- Date: Thu, 8 Aug 2024 03:58:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-09 19:57:18.310745
- 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: 量子位相推定(QPE)と変分量子固有解法(VQE)の2つの重要なアルゴリズムが広く研究されている。
我々は,QPEに基づく完全CI計算において,時間発展演算子のトロタライズでサイズ整合性を維持することができるかどうかを検討した。
- 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 considered to be a promising application for quantum computers. Two key algorithms, the quantum phase estimation (QPE) and the variational quantum eigensolver (VQE), have been extensively studied. The condition that the energy of a dimer consisting of two monomers separated by a large distance should be equal to twice the energy of a monomer, known as size consistency, is essential in quantum chemical calculations. Recently, we reported that the size consistency condition can be violated by Trotterization in the unitary coupled cluster singles and doubles (UCCSD) ansatz in VQE when employing molecular orbitals delocalized to the dimer (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 to arbitrary rotations of molecular orbitals, and therefore the QPE-based full-CI should theoretically satisfy the size consistency. However, Trotterization of the time evolution operator can break the size consistency conditions. In this work, we investigated whether the size consistency can be maintained with Trotterization of the time evolution operator in QPE-based full-CI calculations. Our numerical simulations revealed that size consistency in QPE-based full-CI is not automatically violated by using molecular orbitals delocalized to the dimer, but employing an appropriate Trotter decomposition condition is crucial to maintain size consistency. We also report on the acceleration of QPE simulations through the sequential addition of ancillary qubits.
- 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考えられている。
量子位相推定(QPE)と変分量子固有解法(VQE)の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2倍のエネルギーに等しいという条件は、量子化学計算において必須である。
近年,分子軌道を二量体(K)に非局在化した場合,一元結合クラスタシングルおよびダブル(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た。
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(フルCI)エネルギーが分子軌道の任意の回転に不変であることはよく知られているので、QPEベースのフルCIは理論上は大きさの整合性を満たすべきである。
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ことができる。
そこで本研究では,QPEに基づく完全CI計算において,時間発展演算子のトロタライズでサイズ整合性を維持することができるかどうかを検討した。
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におけるサイズ整合性は自動的に侵害されないが, 適切なトロッター分解条件を用いることは, サイズ整合性を維持する上で重要であることがわかった。
また,QPEシミュレーションの逐次加算による高速化について報告する。
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