論文の概要: Orbital-free density functional theory with first-quantized quantum subroutines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.16191v1
• Date: Tue, 23 Jul 2024 05:34:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-24 18:35:54.520302
• Title: Orbital-free density functional theory with first-quantized quantum subroutines
• Title（参考訳）: 第一量子化量子サブルーチンを用いた軌道自由密度汎関数理論
• Authors: Yusuke Nishiya, Hirofumi Nishi, Taichi Kosugi, Yu-ichiro Matsushita,
• Abstract要約: 確率的想像時間進化(PITE)を用いた軌道自由密度汎関数理論(OFDFT)を実現する量子古典ハイブリッドスキームを提案する。 PITEはOFDFTの一部に適用され、各自己整合体(SCF)反復におけるハミルトニアン基底状態を探索する。 ハミルトンの基底状態エネルギーを得るには、回路深さが$O(log N_mathrmg)$が必要である。
• 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: In this study, we propose a quantum-classical hybrid scheme for performing orbital-free density functional theory (OFDFT) using probabilistic imaginary-time evolution (PITE), designed for the era of fault-tolerant quantum computers (FTQC), as a material calculation method for large-scale systems. PITE is applied to the part of OFDFT that searches the ground state of the Hamiltonian in each self-consistent field (SCF) iteration, while the other parts such as electron density and Hamiltonian updates are performed by existing algorithms on classical computers. When the simulation cell is discretized into $N_\mathrm{g}$ grid points, combined with quantum phase estimation (QPE), it is shown that obtaining the ground state energy of Hamiltonian requires a circuit depth of $O(\log N_\mathrm{g})$. The ground state calculation part in OFDFT is expected to be accelerated, for example, by creating an appropriate preconditioner from the estimated ground state energy for the locally optimal block preconditioned conjugate gradient (LOBPCG) method.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,大規模システムの材料計算手法として,故障耐性量子コンピュータ(FTQC)の時代に設計された確率的想像時間進化(PITE)を用いて,軌道自由密度汎関数理論(OFDFT)を実行する量子古典ハイブリッド方式を提案する。 PITEは、各自己整合体(SCF)反復におけるハミルトニアン基底状態を探索するOFDFTの一部に適用され、電子密度やハミルトニアン更新などの他の部分は、古典的コンピュータ上の既存のアルゴリズムによって実行される。 シミュレーションセルを$N_\mathrm{g}$グリッドポイントに分解し、量子位相推定(QPE)と組み合わせると、ハミルトンの基底状態エネルギーを得るためには、回路深さが$O(\log N_\mathrm{g})$であることが示されている。 OFDFTの基底状態計算部は、例えば、局所最適ブロック前条件共役勾配(LOBPCG)法に対する推定基底状態エネルギーから適切なプレコンディショナを作成することにより、加速することが期待されている。

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