論文の概要: Toward end-to-end quantum simulation for protein dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.03972v1
• Date: Wed, 06 Nov 2024 15:10:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-28 17:07:45.010171
• Title: Toward end-to-end quantum simulation for protein dynamics
• Title（参考訳）: タンパク質ダイナミクスのエンド・ツー・エンド量子シミュレーションに向けて
• Authors: Zhenning Liu, Xiantao Li, Chunhao Wang, Jin-Peng Liu,
• Abstract要約: 機械的力やノイズなど,様々なタンパク質動態に対するエンドツーエンドの量子アルゴリズムを体系的に検討する。 i) 対向型乱数生成器とリジェクションサンプリングを利用して, 初期状態生成のための効率的な量子アルゴリズムを設計する。 本アルゴリズムは, エネルギー, 低振動モード, 状態密度, 変位の相関, 分子動力学の最適制御など, 様々な古典的観測対象を推定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.65693337062667
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Modeling and simulating the protein folding process overall remains a grand challenge in computational biology. We systematically investigate end-to-end quantum algorithms for simulating various protein dynamics with effects, such as mechanical forces or stochastic noises. We offer efficient quantum simulation algorithms to produce quantum encoding of the final states, history states, or density matrices of inhomogeneous or stochastic harmonic oscillator models. For the read-in setting, we design (i) efficient quantum algorithms for initial state preparation, utilizing counter-based random number generator and rejection sampling, and (ii) depth-efficient approaches for molecular structure loading. Both are particularly important in handling large protein molecules. For the read-out setting, our algorithms estimate various classical observables, such as energy, low vibration modes, density of states, correlation of displacement, and optimal control of molecular dynamics. We also show classical numerical experiments focused on estimating the density of states and applying the optimal control to facilitate conformation changes to verify our arguments on potential quantum speedups. Overall, our study demonstrates that the quantum simulation of protein dynamics can be a solid end-to-end application in the era of early or fully fault-tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: タンパク質の折り畳み過程のモデリングとシミュレーションは、計算生物学における大きな課題である。 機械的力や確率的雑音など,様々なタンパク質の力学をシミュレーションするためのエンドツーエンドの量子アルゴリズムを体系的に検討する。 不均一あるいは確率調和振動子モデルの最終的な状態、歴史状態、密度行列を量子符号化するために、効率的な量子シミュレーションアルゴリズムを提供する。 リードイン・セッティングのために、我々は設計する 一 対向型乱数生成器及び拒絶サンプリングを利用した初期状態生成のための効率的な量子アルゴリズム (II)分子構造負荷に対する深さ効率のアプローチ どちらも大きなタンパク質分子を扱う上で特に重要である。 本アルゴリズムは, エネルギー, 低振動モード, 状態密度, 変位の相関, 分子動力学の最適制御など, 様々な古典的観測対象を推定する。 また、状態の密度を推定し、コンフォーメーション変更を容易にするための最適制御を適用し、量子スピードアップに関する議論を検証することに焦点を当てた古典的な数値実験を示す。 本研究は、タンパク質力学の量子シミュレーションが、早期あるいは完全フォールトトレラントな量子コンピューティングの時代において、エンド・ツー・エンド・エンド・アプリケーションであることを示すものである。

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