論文の概要: Electronic Structure Theory with Molecular Point Group Symmetries on Quantum Annealers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.00235v1
- Date: Sat, 01 Feb 2025 00:30:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-05 14:56:32.703775
- Title: Electronic Structure Theory with Molecular Point Group Symmetries on Quantum Annealers
- Title（参考訳）: 量子アニール上の分子点群対称性を持つ電子構造理論
- Authors: Joseph Desroches, Sijia S. Dong,
- Abstract要約: 我々はXia-Bian-Kais (XBK) 法を実装し,電子構造理論計算の効率を向上させる。
従来の研究よりも広い対称性適応符号化(SAE)を提供することで、我々は以前報告されたものよりも大きな分子をシミュレートすることができる。
XBK法へのSAEの適用により、空間のサイズが指数関数的に減少し、問題のサイズとよく一致する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Quantum computation has the potential to revolutionize quantum chemistry through major speedups to computation times and exponential reduction of computational resources. Here, we combine the symmetry-adapted Jordan-Wigner encoding based on the full Boolean symmetry group $\mathbb{Z}_2^k$ with our new implementation of the Xia-Bian-Kais (XBK) method for improving the efficiency of electronic structure theory calculations on quantum annealers, particularly by reducing the number of qubits needed to achieve the same accuracy. By providing a more extensive symmetry-adapted encoding (SAE) than previous work, we are able to simulate molecules larger than those previously reported that have been studied using methods developed for quantum annealers and without using an active space. We calculated the potential energy surfaces of H$_2$, LiH, He$_2$, H$_2$O, O$_2$, N$_2$, Li$_2$, F$_2$, CO, BH$_3$, NH$_3$, and CH$_4$, with the largest molecule in the STO-6G basis set requiring 16 qubits with our SAE, and compared them with full configuration interaction results. The application of SAE to the XBK method provides an exponential reduction of the size of the Hilbert space and scales well with the size of the problem. It does not introduce significant additional errors for even or large values of a key variational parameter that determines the number of ancilla qubits used in the XBK method's Hamiltonian embedding, or for certain molecules such as He$_2$ and H$_2$O. We provide an explanation for this behavior and a recommendation on the usage of our method.
- Abstract（参考訳）: 量子計算は、計算時間への大きなスピードアップと計算資源の指数的な削減を通じて、量子化学に革命をもたらす可能性がある。
ここでは、全ブール対称性群 $\mathbb{Z}_2^k$ に基づく対称性適応ジョルダン・ウィグナー符号化と、量子異方体上の電子構造理論計算の効率を改善するためのXia-Bian-Kais(XBK)法の新たな実装を組み合わせる。
従来の研究よりも広い対称性適応符号化(SAE)を提供することで、量子異方体のために開発された手法を用いて研究され、活性空間を使わずに、これまでに報告されたものよりも大きい分子をシミュレートすることができる。
我々は, H$_2$, LiH, He$_2$, H$_2$O, O$_2$, N$_2$, Li$_2$, F$_2$, CO, BH$_3$, NH$_3$, CH$_4$のポテンシャルエネルギー面を計算し, STO-6Gベースで最大分子は16量子ビットであり, 完全な構成相互作用の結果と比較した。
SAE の XBK 法への適用により、ヒルベルト空間のサイズが指数関数的に減少し、問題のサイズとよく一致する。
XBK法のハミルトニアン埋め込みで使用されるアンシラ量子ビットの数を決定するキー変分パラメータの偶数または大値について、あるいはHe$_2$やH$_2$Oのような特定の分子に対して、重要な付加誤差を導入することはない。
本稿では,この行動を説明するとともに,提案手法の活用を推奨する。
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