Fugu-MT 論文翻訳(概要): BenchQC: A Benchmarking Toolkit for Quantum Computation

論文の概要: BenchQC: A Benchmarking Toolkit for Quantum Computation

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.09595v2
Date: Mon, 24 Feb 2025 16:57:05 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2025-02-25 18:15:44.097973
Title: BenchQC: A Benchmarking Toolkit for Quantum Computation
Title（参考訳）: BenchQC: 量子計算のためのベンチマークツールキット
Authors: Nia Pollard, Kamal Choudhary,
Abstract要約: 変分量子固有解法 (VQE) は化学および材料科学における量子コンピューティング応用のための有望なアルゴリズムである。本研究は、アルミニウムクラスターの基底状態エネルギーを計算するためのVQEの性能をベンチマークする。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4037357056611557
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The Variational Quantum Eigensolver (VQE) is a promising algorithm for quantum computing applications in chemistry and materials science, particularly in addressing the limitations of classical methods for complex systems. This study benchmarks the performance of the VQE for calculating ground-state energies of aluminum clusters (Al$^-$, Al$_2$, and Al$_3^-$) within a quantum-density functional theory (DFT) embedding framework, systematically varying key parameters -- (I) classical optimizers, (II) circuit types, (III) number of repetitions, (IV) simulator types, (V) basis sets, and (VI) noise models. Our findings demonstrate that certain optimizers achieve efficient and accurate convergence, while circuit choice and basis set selection significantly impact accuracy, with higher-level basis sets closely matching classical computation data from Numerical Python Solver (NumPy) and Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase (CCCBDB). To evaluate the workflow under realistic conditions, we employed IBM noise models to simulate the effects of hardware noise. The results showed close agreement with CCCBDB benchmarks, with percent errors consistently below 0.2 percent. The results establish VQE's capability for reliable energy estimations and highlight the importance of optimizing quantum-DFT parameters to balance computational cost and precision. This work paves the way for broader VQE benchmarking on diverse chemical systems, with plans to make results accessible on Joint Automated Repository for Various Integrated Simulations (JARVIS) and develop a Python package to support the quantum chemistry and materials science communities in advancing quantum-enhanced discovery.
Abstract（参考訳）: 変分量子固有解法(VQE)は、化学や材料科学における量子コンピューティングの応用、特に複雑なシステムにおける古典的な方法の限界に対処するための有望なアルゴリズムである。本研究では,アルミニウムクラスターの基底状態エネルギー(Al$^-$,Al$_2$,Al$_3^-$)を計算するためのVQEの性能を,量子密度汎関数理論(DFT)埋め込みフレームワーク,系統的に変化する鍵パラメータ -- (I)古典最適化器, (II)回路タイプ, (III)繰り返し数, (IV)シミュレータタイプ, (V)ベースセット, (VI)ノイズモデルを用いて評価した。その結果,回路選択とベースセットの選択は,数値Pythonソルバー (NumPy) と計算化学比較とベンチマークデータBase (CCCBDB) の古典計算データと密に一致した高レベルな基底セットを用いて,効率よく正確な収束を実現することを示した。現実的な条件下でのワークフローを評価するため,我々はIBMのノイズモデルを用いてハードウェアノイズの影響をシミュレートした。その結果、CCCBDBベンチマークとの密接な一致を示し、エラー率は0.2%を下回った。その結果、信頼性の高いエネルギー推定のためのVQEの能力を確立し、計算コストと精度のバランスをとるために量子-DFTパラメータを最適化することの重要性を強調した。この研究は、様々な化学システム上でのより広範なVQEベンチマークの道を開くもので、JARVIS(Joint Automated Repository for various Integrated Simulations)で結果にアクセスできるようにすることと、量子化学と材料科学のコミュニティをサポートするPythonパッケージを開発する計画である。

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