論文の概要: High ground state overlap via quantum embedding methods
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.01940v1
- Date: Sun, 4 Aug 2024 06:29:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-06 17:51:14.408076
- Title: High ground state overlap via quantum embedding methods
- Title(参考訳): 量子埋め込み法による高基底状態重なり合い
- Authors: Mihael Erakovic, Freek Witteveen, Dylan Harley, Jakob Günther, Moritz Bensberg, Oinam Romesh Meitei, Minsik Cho, Troy Van Voorhis, Markus Reiher, Matthias Christandl,
- Abstract要約: 量子埋め込みの文脈における誘導状態の準備について検討する。
本研究では, 量子位相推定を行うために, 平均場状態が目標状態と十分に重なり合うことを示す。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 2.8300641557130035
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computers can accurately compute ground state energies using phase estimation, but this requires a guiding state which has significant overlap with the true ground state.For large molecules and extended materials, it becomes difficult to find guiding states with good ground state overlap for growing molecule sizes. Additionally, the required number of qubits and quantum gates may become prohibitively large. One approach for dealing with these challenges is to use a quantum embedding method, which allows a reduction to one or multiple smaller quantum cores embedded in a larger quantum region. In such situations it is unclear how the embedding method affects the hardness of constructing good guiding states. In this work, we therefore investigate the preparation of guiding states in the context of quantum embedding methods. We extend previous work on quantum impurity problems, a framework in which we can rigorously analyze the embedding of a subset of orbitals. While there exist results for optimal active orbital space selection in terms of energy minimization, we rigorously demonstrate how the same principles can be used to define selected orbital spaces for state preparation in terms of the overlap with the ground state. Moreover, we perform numerical studies of molecular systems relevant to biochemistry, one field in which quantum embedding methods are required due to the large size of biomacromolecules such as proteins and nucleic acids. We investigate two different embedding strategies which can exhibit qualitatively different orbital entanglement. In all cases we demonstrate that the easy-to-obtain mean-field state will have a sufficiently high overlap with the target state to perform quantum phase estimation.
- Abstract(参考訳): 量子コンピュータは位相推定を用いて基底状態エネルギーを正確に計算できるが、これは真の基底状態と大きな重なりを持つ誘導状態を必要とする。
さらに、必要となる量子ビットと量子ゲートの数は、禁止的に大きくなる可能性がある。
これらの課題に対処するための1つのアプローチは、より大きな量子領域に埋め込まれた1つまたは複数の小さな量子コアへの還元を可能にする量子埋め込み法を使用することである。
このような状況下では, 埋込法が優れた案内状態を構築する際の硬さにどのように影響するかは明らかでない。
そこで本研究では,量子埋め込みの文脈における状態の導出について検討する。
我々は、軌道のサブセットの埋め込みを厳密に分析できるフレームワークである量子不純物問題に関する以前の研究を拡張した。
エネルギー最小化の観点からは、最適な能動軌道空間選択の結果は存在するが、基底状態との重なり合いの観点から、選択された軌道空間を定義するために、同じ原理をいかに利用できるかを厳密に実証する。
さらに,タンパク質や核酸などの生体高分子の量が大きいため,量子埋め込み法が必要とされる分野である生化学に関連する分子系の数値的研究を行う。
定性的異なる軌道エンタングルメントを示す2つの異なる埋め込み戦略について検討する。
いずれの場合も、容易に観測できる平均場状態は、量子位相推定を行うためにターゲット状態と十分に重なることが示される。
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