論文の概要: Ground states of strongly-correlated materials on quantum computers using ab initio downfolding
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.12237v1
- Date: Wed, 18 Sep 2024 18:00:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-07 15:49:40.188815
- Title: Ground states of strongly-correlated materials on quantum computers using ab initio downfolding
- Title（参考訳）: abinitioダウンフォールディングを用いた量子コンピュータ上の強相関物質の基底状態
- Authors: Antonios M. Alvertis, Abid Khan, Norm M. Tubman,
- Abstract要約: Ab initio のダウンフォールディングは、正確な多体ハミルトニアンを導出する方法として登場した。
本稿では, 量子コンピュータを用いて, 強相関系の基底状態特性を正確に記述することを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2912607909040075
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The accurate first-principles description of strongly-correlated materials is an important and challenging problem in condensed matter physics. Ab initio downfolding has emerged as a way of deriving accurate many-body Hamiltonians including strong correlations, representing a subspace of interest of a material, using density functional theory calculations as a starting point. However, the solution of these material-specific models can scale exponentially on classical computers, constituting a challenge. Here we propose that utilizing quantum computers for obtaining the properties of downfolded Hamiltonians yields an accurate description of the ground state properties of strongly-correlated systems, while circumventing the exponential scaling problem. We demonstrate this for diverse strongly-correlated materials by combining ab initio downfolding and variational quantum eigensolvers, correctly predicting the antiferromagnetic state of one-dimensional cuprate $\text{Ca}_2\text{CuO}_3$, the excitonic ground state of monolayer $\text{WTe}_2$, and the charge-ordered state of correlated metal $\text{SrVO}_3$. By utilizing a classical tensor network implementation of variational quantum eigensolvers we are able to simulate large models with up to $54$ qubits and encompassing up to four bands in the correlated subspace, which is indicative of the complexity that our framework can address.
- Abstract（参考訳）: 強相関物質の正確な第一原理記述は、凝縮物質物理学において重要かつ困難な問題である。
Ab initio のダウンフォールディングは、密度汎関数理論の計算を出発点として、強い相関関係を含む正確な多体ハミルトニアンを導出する方法として現れた。
しかし、これらの物質特異的モデルの解は古典的コンピュータ上で指数関数的にスケールすることができるため、課題となっている。
ここでは, 量子コンピュータを用いて強相関系の基底状態特性を正確に記述し, 指数的スケーリング問題を回避することを提案する。
ab initio downfolding and variational quantum eigensolvers(英語版)を組み合わせ、一次元カップレート$\text{Ca}_2\text{CuO}_3$、単層膜の励起基底状態$\text{WTe}_2$、相関金属$\text{SrVO}_3$の電荷秩序状態の反強相関状態を予測する。
変分量子固有解器の古典的テンソルネットワーク実装を利用することで、最大54ドルキュービットの大型モデルをシミュレートし、相関部分空間に最大4つのバンドを包含することができる。
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