論文の概要: Quantum information theory on sparse wavefunctions and applications for Quantum Chemistry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.02631v1
- Date: Mon, 5 Aug 2024 16:54:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-06 12:56:48.535759
- Title: Quantum information theory on sparse wavefunctions and applications for Quantum Chemistry
- Title（参考訳）: スパース波動関数に関する量子情報理論と量子化学への応用
- Authors: Davide Materia, Leonardo Ratini, Leonardo Guidoni,
- Abstract要約: SparQ は、基本量子情報理論をハートリー-フォック後の波動関数の定義空間でスパースに効率よく計算するように設計されている。
SparQの有効性は、水分子の波動関数の相互情報行列と、ベンゼン分子を記述した$sim 102$ qubitsの全エントロピーを解析することによって検証される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: In recent years Quantum Computing prominently entered in the field of Computational Chemistry, importing and transforming computational methods and ideas originally developed within other disciplines, such as Physics, Mathematics and Computer Science into algorithms able to estimate quantum properties of atoms and molecules on present and future quantum devices. An important role in this contamination process is attributed to Quantum Information techniques, having the twofold role of contributing to the analysis of electron correlation and entanglements and guiding the construction of wavefunction variational ansatzes for the Variational Quantum Eigensolver technique. This paper introduces the tool SparQ (Sparse Quantum state analysis), designed to efficiently compute fundamental quantum information theory observables on post-Hartree-Fock wavefunctions sparse in their definition space. The core methodology involves mapping fermionic wavefunctions to qubit space using fermionic-to-qubits transformations and leveraging the sparse nature of these wavefunctions to evaluate observables and properties of the wavefunction. The effectiveness of SparQ is validated by analyzing the mutual information matrices of wavefunctions for the water molecule and the total entropy of $\sim 10^2$ qubits describing the benzene molecule. This highlights its capability to handle large-scale quantum systems, limited mainly by the capabilities of quantum chemical methods used to retrieve the wavefunctions. The results indicate that quantum information theoretical analysis, so far limited to traditional tensor network methods and study of transition operators, can be applied to all post-Hartree-Fock wavefunctions, extending their applications to larger and more complex chemical systems.
- Abstract（参考訳）: 近年、量子コンピューティングは計算化学の分野に進出し、物理学、数学、計算機科学などの他の分野で開発された計算方法やアイデアを、現在および将来の量子デバイスで原子や分子の量子的性質を推定できるアルゴリズムにインポートし、変換した。
この汚染過程における重要な役割は量子情報技術によるもので、電子相関や絡み合いの分析に寄与し、変分量子固有解法のための波動関数の変動解法の構築を導く2つの役割を持つ。
本稿では,SparQ (Sparse Quantum State Analysis, Sparse Quantum State Analysis, Sparse Quantum State Analysis, SparQ)を提案する。
中心となる方法論は、フェルミオンから量子ビットへの変換を用いてフェルミオンの波動関数を量子ビット空間にマッピングし、これらの波動関数のスパースの性質を利用して、波動関数の可観測性と特性を評価することである。
SparQの有効性は、水分子の波動関数の相互情報行列とベンゼン分子を記述した$\sim 10^2$ qubitsの全エントロピーを解析することによって検証される。
これは、大規模な量子システムを扱う能力を強調しており、主に波動関数の回収に使用される量子化学法の能力によって制限されている。
その結果、これまでの量子情報理論解析は従来のテンソルネットワーク法や遷移作用素の研究に限られており、すべてのハートリー・フォック波動関数に適用でき、より大規模で複雑な化学系に応用できることを示した。
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