論文の概要: Quantum-centric computation of molecular excited states with extended sample-based quantum diagonalization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.00468v1
• Date: Fri, 01 Nov 2024 09:33:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-05 21:27:09.781529
• Title: Quantum-centric computation of molecular excited states with extended sample-based quantum diagonalization
• Title（参考訳）: 拡張サンプルベース量子対角化による分子励起状態の量子中心計算
• Authors: Stefano Barison, Javier Robledo Moreno, Mario Motta,
• Abstract要約: 分子電子構造のシミュレーションは、量子デバイスの重要な応用である。 サンプルベース量子対角化(SQD)アルゴリズムを拡張し、低分子励起状態を決定する。
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• Abstract: The simulation of molecular electronic structure is an important application of quantum devices. Recently, it has been shown that quantum devices can be effectively combined with classical supercomputing centers in the context of the sample-based quantum diagonalization (SQD) algorithm. This allowed the largest electronic structure quantum simulation to date (77 qubits) and opened near-term devices to practical use cases in chemistry toward the hundred-qubit mark. However, the description of many important physical and chemical properties of those systems, such as photo-absorption/-emission, requires a treatment that goes beyond the ground state alone. In this work, we extend the SQD algorithm to determine low-lying molecular excited states. The extended-SQD method improves over the original SQD method in accuracy, at the cost of an additional computational step. It also improves over quantum subspace expansion based on single and double electronic excitations, a widespread approach to excited states on pre-fault-tolerant quantum devices, in both accuracy and efficiency. We employ the extended SQD method to compute the first singlet (S$_1$) and triplet (T$_1$) excited states of the nitrogen molecule with a correlation-consistent basis set, and the ground- and excited-state properties of the [2Fe-2S] cluster.
• Abstract（参考訳）: 分子電子構造のシミュレーションは、量子デバイスの重要な応用である。 近年、サンプルベース量子対角化(SQD)アルゴリズムの文脈において、量子デバイスと古典的スーパーコンピュータセンターを効果的に組み合わせることが示されている。 これにより、これまでで最大の電子構造量子シミュレーション(77量子ビット)が可能となり、100量子ビットのマークに向けて化学の実践的なユースケースに近距離デバイスを開放した。 しかし、これらの系の多くの重要な物理的・化学的性質、例えば光吸収・放出についての説明には、基底状態のみを超越した処理が必要である。 本研究では,低分子励起状態を決定するためにSQDアルゴリズムを拡張した。 拡張SQD法は、計算ステップの追加コストで、元のSQD法よりも精度が向上する。 また、単一電子励起と2重電子励起に基づく量子サブスペース拡張を超越し、前フォールト耐性量子デバイス上で励起状態への幅広いアプローチを精度と効率の両方で改善する。 本研究では, 窒素分子の第1一重項 (S$_1$) と三重項 (T$_1$) の励起状態を, 相関整合基底集合と[2Fe-2S]クラスターの基底状態および励起状態特性を計算するために拡張SQD法を用いる。

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