論文の概要: Towards quantum-centric simulations of extended molecules: sample-based quantum diagonalization enhanced with density matrix embedding theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.09861v1
• Date: Fri, 15 Nov 2024 00:42:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-18 15:37:56.362450
• Title: Towards quantum-centric simulations of extended molecules: sample-based quantum diagonalization enhanced with density matrix embedding theory
• Title（参考訳）: 拡張分子の量子中心シミュレーションに向けて:密度行列埋め込み理論で強化されたサンプルベース量子対角化
• Authors: Akhil Shajan, Danil Kaliakin, Abhishek Mitra, Javier Robledo Moreno, Zhen Li, Mario Motta, Caleb Johnson, Abdullah Ash Saki, Susanta Das, Iskandar Sitdikov, Antonio Mezzacapo, Kenneth M. Merz Jr,
• Abstract要約: サンプルベース量子対角化法(SQD)と組み合わせて実施した第1密度行列埋め込み理論(DMET)について述べる。 我々はDMET-SQD形式を用いて18個の水素原子の環の基底状態エネルギーと、シクロヘキサンの椅子、半チェア、ねじれボート、ボートコンホメータの相対エネルギーを計算する。 我々のDMET-SQD計算は、短期量子コンピュータで正確に取り組めるアクティブ領域のサイズが明らかに進歩していることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.641227459215045
• License:
• Abstract: Computing ground-state properties of molecules is a promising application for quantum computers operating in concert with classical high-performance computing resources. Quantum embedding methods are a family of algorithms particularly suited to these computational platforms: they combine high-level calculations on active regions of a molecule with low-level calculations on the surrounding environment, thereby avoiding expensive high-level full-molecule calculations and allowing to distribute computational cost across multiple and heterogeneous computing units. Here, we present the first density matrix embedding theory (DMET) simulations performed in combination with the sample-based quantum diagonalization (SQD) method. We employ the DMET-SQD formalism to compute the ground-state energy of a ring of 18 hydrogen atoms, and the relative energies of the chair, half-chair, twist-boat, and boat conformers of cyclohexane. The full-molecule 41- and 89-qubit simulations are decomposed into 27- and 32-qubit active-region simulations, that we carry out on the ibm_cleveland device, obtaining results in agreement with reference classical methods. Our DMET-SQD calculations mark a tangible progress in the size of active regions that can be accurately tackled by near-term quantum computers, and are an early demonstration of the potential for quantum-centric simulations to accurately treat the electronic structure of large molecules, with the ultimate goal of tackling systems such as peptides and proteins.
• Abstract（参考訳）: 分子の基底状態特性の計算は、古典的な高性能計算資源と協調して動作する量子コンピュータにとって有望な応用である。 量子埋め込み法は、分子の活性領域上の高レベルな計算と周囲の環境における低レベルな計算を組み合わせることで、高価な高レベルな全分子計算を回避し、計算コストを複数の不均一な計算ユニットに分散させることによって、これらの計算プラットフォームに特に適するアルゴリズムのファミリーである。 本稿では、サンプルベース量子対角化法(SQD)と組み合わせて実施した第一密度行列埋め込み理論(DMET)について述べる。 我々はDMET-SQD形式を用いて18個の水素原子の環の基底状態エネルギーと、シクロヘキサンの椅子、半チェア、ねじれボート、ボートコンホメータの相対エネルギーを計算する。 ibm_cleveland デバイス上で行う全分子 41 および 89 キュービットシミュレーションは27 および 32 キュービットの能動領域シミュレーションに分解され,古典的手法と一致した結果が得られる。 我々のDMET-SQD計算は、近距離量子コンピュータで正確に取り組める活性領域の大きさの具体的な進歩を示すものであり、ペプチドやタンパク質などのシステムに取り組むことのゴールとして、大きな分子の電子構造を正確に扱う量子中心シミュレーションの可能性の早期の実証である。

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