論文の概要: Quantum Computation of Electronic Structure with Projector Augmented-Wave Method and Plane Wave Basis Set
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.03159v2
- Date: Thu, 12 Jun 2025 15:40:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-13 22:19:18.429118
- Title: Quantum Computation of Electronic Structure with Projector Augmented-Wave Method and Plane Wave Basis Set
- Title（参考訳）: プロジェクタ拡張波法と平面波基底セットによる電子構造の量子計算
- Authors: Aleksei V. Ivanov, Andrew Patterson, Marius Bothe, Christoph Sünderhauf, Bjorn K. Berntson, Jens Jørgen Mortensen, Mikael Kuisma, Earl Campbell, Róbert Izsák,
- Abstract要約: 従来のコンピュータにおける電子構造計算では、プロジェクタ拡張波法(PAW)と平面波ベースセットを用いて資源削減を実現している。
直交制約を保存するPAWのユニタリ変種を開発する。
ダイヤモンド中の窒素空孔欠陥中心のエネルギー推定のための量子資源を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.087342164520494
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum simulation of materials is a promising application area of quantum computers. To practically realize this promise, we must reduce quantum resources while maintaining accuracy. In electronic structure calculations on classical computers, resource reduction has been achieved by using the projector augmented-wave method (PAW) and plane wave basis sets. However, the PAW method generalized for many-body states introduces non-orthogonality effects which impede its direct application to quantum computing. In this work, we develop a unitary variant of the PAW (UPAW) that preserves the orthogonality constraints. We provide a linear-combination-of-unitaries decomposition of the UPAW Hamiltonian to enable ground state estimation using qubitized quantum phase estimation. Additionally, we further improve algorithmic efficiency by extending classical down-sampling techniques into the quantum setting. We then estimate quantum resources for crystalline solids to estimate the energy within chemical accuracy with respect to the full basis set limit, and also consider a supercell approach which is more suitable for calculations of defect states. We provide the quantum resources for energy estimation of a nitrogen-vacancy defect centre in diamond which is a challenging system for classical algorithms and a quintessential problem in the studies of quantum point defects.
- Abstract（参考訳）: 物質の量子シミュレーションは量子コンピュータの有望な応用分野である。
この約束を実際に実現するためには、精度を維持しながら量子資源を減らす必要がある。
従来のコンピュータにおける電子構造計算では、プロジェクタ拡張波法(PAW)と平面波ベースセットを用いて資源削減を実現している。
しかし、多体状態に対して一般化されたPAW法は、量子コンピューティングへの直接的応用を妨げる非直交効果を導入している。
本研究では、直交制約を保存するPAW(UPAW)のユニタリ変種を開発する。
量子位相推定を用いた基底状態推定を実現するために,UPAWハミルトニアンを線形結合分解する。
さらに,古典的なダウンサンプリング手法を量子環境に拡張することにより,アルゴリズムの効率をさらに向上する。
次に、結晶性固体の量子資源を推定し、全基底集合限界に対する化学精度でエネルギーを推定し、欠陥状態の計算により適したスーパーセルアプローチを考える。
本稿では,古典的アルゴリズムの挑戦的なシステムであり,量子点欠陥の研究における重要な問題であるダイヤモンド中の窒素空孔欠陥中心のエネルギー推定のための量子資源について述べる。
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