論文の概要: Enhanced Shadow Tomography of Molecular Excited States from Enforcing $N$-representability Conditions by Semidefinite Programming
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.11025v1
- Date: Tue, 20 Aug 2024 17:27:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-21 12:35:03.904596
- Title: Enhanced Shadow Tomography of Molecular Excited States from Enforcing $N$-representability Conditions by Semidefinite Programming
- Title（参考訳）: 半有限計画法によるN$-representability条件の分子励起状態の強調シャドウトモグラフィ
- Authors: Irma Avdic, David A. Mazziotti,
- Abstract要約: 本稿では,2電子還元密度行列 (2-RDM) 上の物理制約と古典的影トモグラフィーを組み合わせることで,励起状態の処理を行うアルゴリズムを提案する。
この手法は、(i)シャドウトモグラフィと呼ばれるランダムサンプリング手法により量子状態を近似することにより、量子コンピュータ上の多電子2-RDMの測定数を減少させる。
我々はH$_4$鎖の励起状態エネルギーと2-RDMを計算し、円錐交差を介してガウシェ-1,3-ブタジエンからビシクロブタンへの光励起反応経路の臨界点を解析した。
- 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: Excited-state properties of highly correlated systems are key to understanding photosynthesis, luminescence, and the development of novel optical materials, but accurately capturing their interactions is computationally costly. We present an algorithm that combines classical shadow tomography with physical constraints on the two-electron reduced density matrix (2-RDM) to treat excited states. The method reduces the number of measurements of the many-electron 2-RDM on quantum computers by (i) approximating the quantum state through a random sampling technique called shadow tomography and (ii) ensuring that the 2-RDM represents an $N$-electron system through imposing $N$-representability constraints by semidefinite programming. This generalizes recent work on the $N$-representability-enhanced shadow tomography of ground-state 2-RDMs. We compute excited-state energies and 2-RDMs of the H$_4$ chain and analyze the critical points along the photoexcited reaction pathway from gauche-1,3-butadiene to bicyclobutane via a conical intersection. The results show that the generalized shadow tomography retains critical multireference correlation effects while significantly reducing the number of required measurements, offering a promising avenue for the efficient treatment of electronically excited states on quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 高相関系の励起状態特性は、光合成、発光、新しい光学材料の開発を理解する上で重要であるが、それらの相互作用を正確に捉えることは計算に費用がかかる。
本稿では,2電子還元密度行列 (2-RDM) 上の物理制約と古典的影トモグラフィーを組み合わせることで,励起状態の処理を行うアルゴリズムを提案する。
量子コンピュータにおける多電子2-RDMの測定回数を削減する方法
(i)シャドウトモグラフィーとランダムサンプリング手法による量子状態の近似
2-RDM が半定値プログラミングにより$N$-representability 制約を課すことにより$N$-電子系を表現することを保証する。
このことは、基底状態2-RDMの$N$-representability-enhanced shadow tomographyに関する最近の研究を一般化する。
我々はH$_4$鎖の励起状態エネルギーと2-RDMを計算し、円錐交差を介してガウシェ-1,3-ブタジエンからビシクロブタンへの光励起反応経路の臨界点を解析した。
その結果、一般化されたシャドウトモグラフィーは、重要な多重参照相関効果を保ちながら、必要な測定回数を大幅に削減し、量子デバイス上での電子励起状態の効率的な処理に有望な道を提供することを示した。
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