論文の概要: Fast quantum simulation of electronic structure by spectrum amplification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.15882v1
• Date: Fri, 21 Feb 2025 19:01:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-25 15:52:31.124166
• Title: Fast quantum simulation of electronic structure by spectrum amplification
• Title（参考訳）: スペクトル増幅による電子構造の高速量子シミュレーション
• Authors: Guang Hao Low, Robbie King, Dominic W. Berry, Qiushi Han, A. Eugene DePrince III, Alec White, Ryan Babbush, Rolando D. Somma, Nicholas C. Rubin,
• Abstract要約: 我々は2つの主要なクーロン積分因数分解スキーム間のトレードオフを提供する新しい因数分解を開発する。 電子構造ハミルトニアンの2乗の和表現は効率的に計算可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.020255670159345252
• License:
• Abstract: The most advanced techniques using fault-tolerant quantum computers to estimate the ground-state energy of a chemical Hamiltonian involve compression of the Coulomb operator through tensor factorizations, enabling efficient block-encodings of the Hamiltonian. A natural challenge of these methods is the degree to which block-encoding costs can be reduced. We address this challenge through the technique of spectrum amplification, which magnifies the spectrum of the low-energy states of Hamiltonians that can be expressed as sums of squares. Spectrum amplification enables estimating ground-state energies with significantly improved cost scaling in the block encoding normalization factor $\Lambda$ to just $\sqrt{2\Lambda E_{\text{gap}}}$, where $E_{\text{gap}} \ll \Lambda$ is the lowest energy of the sum-of-squares Hamiltonian. To achieve this, we show that sum-of-squares representations of the electronic structure Hamiltonian are efficiently computable by a family of classical simulation techniques that approximate the ground-state energy from below. In order to further optimize, we also develop a novel factorization that provides a trade-off between the two leading Coulomb integral factorization schemes -- namely, double factorization and tensor hypercontraction -- that when combined with spectrum amplification yields a factor of 4 to 195 speedup over the state of the art in ground-state energy estimation for models of Iron-Sulfur complexes and a CO$_{2}$-fixation catalyst.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータを用いて化学ハミルトニアンの基底状態エネルギーを推定する最も高度な技術は、テンソル分解によるクーロン作用素の圧縮を伴い、ハミルトニアンの効率的なブロックエンコーディングを可能にする。 これらの手法の自然な課題は、ブロック符号化コストを削減できる程度である。 この課題は、四角の和として表現できるハミルトンの低エネルギー状態のスペクトルを拡大するスペクトル増幅の手法によって解決される。 スペクトル増幅により、ブロック符号化正規化係数$\Lambda$を単に$\sqrt{2\Lambda E_{\text{gap}}}$とすると、$E_{\text{gap}} \ll \Lambda$は2乗和ハミルトンの最小エネルギーとなる。 これを達成するために、電子構造の2乗表現の和は、下から基底状態エネルギーを近似する古典的シミュレーション手法のファミリによって効率的に計算可能であることを示す。 さらに,2つの主要なクーロン積分因数分解スキーム,すなわち2重分解とテンソルハイパーコントラクションのトレードオフを提供する新しい因子分解法を開発し,スペクトル増幅と組み合わせると,鉄-硫黄錯体とCO$$固定触媒のモデルに対する基底状態エネルギー推定の4～195倍の高速化が得られることを示した。

関連論文リスト

• Simultaneously optimizing symmetry shifts and tensor factorizations for cost-efficient Fault-Tolerant Quantum Simulations of electronic Hamiltonians [0.0]
  フォールトトレラント量子コンピューティングにおいて、ハミルトニアン固有値を計算するコストは、ユニタリ回路で符号化されたハミルトニアン行列の一定のスケーリングに比例する。 電子ハミルトニアンのこのスケーリング定数をユニタリの線形結合として表現する手法を提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-12-02T10:02:16Z)
• Ab initio extended Hubbard model of short polyenes for efficient quantum computing [0.0]
  本稿では,ab initioダウンフォールディング法により導出される拡張ハバード・ハミルトンを導入することを提案する。 ab initio拡張ハバード・ハミルトンは量子コンピュータを用いた量子化学計算において大きな可能性を秘めている可能性がある。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-04-02T04:13:09Z)
• Assessing the query complexity limits of quantum phase estimation using symmetry aware spectral bounds [0.0]
  物理と化学のための量子アルゴリズムの計算コストは、ハミルトンのスペクトルと密接に関連している。 量子位相推定アルゴリズムの性能を統一的に理解するための対称性を考慮したスペクトル境界の階層を導入する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-03-07T18:38:49Z)
• Neutron-nucleus dynamics simulations for quantum computers [49.369935809497214]
  一般ポテンシャルを持つ中性子核シミュレーションのための新しい量子アルゴリズムを開発した。 耐雑音性トレーニング法により、ノイズの存在下でも許容される境界状態エネルギーを提供する。 距離群可換性(DGC)と呼ばれる新しい可換性スキームを導入し、その性能をよく知られたqubit-commutativityスキームと比較する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2024-02-22T16:33:48Z)
• Faster spectral density calculation using energy moments [77.34726150561087]
  我々は、最近提案されたガウス積分変換法を、ハミルトニアン系のフーリエモーメントの観点から再構成する。 このフレームワークの主な利点の1つは、計算コストの大幅な削減を可能にすることである。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-11-01T23:57:58Z)
• Growth reduction of similarity transformed electronic Hamiltonians in qubit space [0.0]
  VQEの回路深さ要件を緩和する1つのアプローチは、電子ハミルトニアンを「前処理」することである。 これはしばしばハミルトン変換の類似性で測る項の数を大幅に増やすことによって生じる。 我々は、変換されたハミルトニアンにおける新しい項の開始を最小限に抑えるために、完全パウリ群から$N$ qubitsの要素をサンプリングする効率的なアプローチを提案する。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-10-08T02:01:53Z)
• Efficient Quantum Analytic Nuclear Gradients with Double Factorization [0.0]
  ラグランジアンに基づく緩和された1粒子および2粒子還元密度行列の評価手法について報告する。 古典的にシミュレーションされた例において、すべての対角線外密度行列要素を復元するためのラグランジュ的アプローチの精度と実現可能性を示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-07-26T18:47:48Z)
• Calculating non-linear response functions for multi-dimensional electronic spectroscopy using dyadic non-Markovian quantum state diffusion [68.8204255655161]
  本稿では,分子集合体の多次元電子スペクトルと電子励起を結合した構造環境下でのシミュレーション手法を提案する。 このアプローチの重要な側面は、NMQSD方程式を2重系ヒルベルト空間で伝播するが、同じ雑音を持つことである。
  論文  参考訳（メタデータ） (2022-07-06T15:30:38Z)
• Numerical Simulations of Noisy Quantum Circuits for Computational Chemistry [51.827942608832025]
  短期量子コンピュータは、小さな分子の基底状態特性を計算することができる。 計算アンサッツの構造と装置ノイズによる誤差が計算にどのように影響するかを示す。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-12-31T16:33:10Z)
• Variational Adiabatic Gauge Transformation on real quantum hardware for effective low-energy Hamiltonians and accurate diagonalization [68.8204255655161]
  変分アダバティックゲージ変換(VAGT)を導入する。 VAGTは、現在の量子コンピュータを用いてユニタリ回路の変動パラメータを学習できる非摂動型ハイブリッド量子アルゴリズムである。 VAGTの精度は、RigettiおよびIonQ量子コンピュータ上でのシミュレーションと同様に、トラフ数値シミュレーションで検証される。
  論文  参考訳（メタデータ） (2021-11-16T20:50:08Z)
• Preparation of excited states for nuclear dynamics on a quantum computer [117.44028458220427]
  量子コンピュータ上で励起状態を作成するための2つの異なる方法を研究する。 シミュレーションおよび実量子デバイス上でこれらの手法をベンチマークする。 これらの結果から,フォールトトレラントデバイスに優れたスケーリングを実現するために設計された量子技術が,接続性やゲート忠実性に制限されたデバイスに実用的なメリットをもたらす可能性が示唆された。
  論文  参考訳（メタデータ） (2020-09-28T17:21:25Z)

関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。

指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。