論文の概要: Enhancing quantum computations with the synergy of auxiliary field quantum Monte Carlo and computational basis tomography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.20066v1
• Date: Thu, 27 Feb 2025 13:16:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-28 14:57:01.925663
• Title: Enhancing quantum computations with the synergy of auxiliary field quantum Monte Carlo and computational basis tomography
• Title（参考訳）: 補助場量子モンテカルロの相乗による量子計算の強化と計算基礎トモグラフィー
• Authors: Viktor Khinevich, Wataru Mizukami,
• Abstract要約: Hugginsらによって提案された補助場量子モンテカルロ(QC-AFQMC)アルゴリズム。 ヒドロキシルラジカル,エチレン,窒素分子などの分子系に対するQC-CBT-AFQMCの有効性を示す。 その結果,QC-CBT-AFQMCが量子化学の実用化に有効であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: In general, quantum chemical calculations using quantum computers do not accurately describe dynamical correlation effects. The quantum-classical auxiliary-field quantum Monte Carlo (QC-AFQMC) algorithm proposed by Huggins et al. [Nature 603, 416-420 (2022)] addresses this challenge effectively. However, approaches such as classical and matchgate shadow tomography often require deeper circuits or large numbers of shots, making them less practical on current quantum hardware. In contrast, computational basis tomography (CBT) employs shallow circuits and is thus more suited to realistically constrained shot budgets, enabling efficient extraction of CI coefficients even with near-term quantum devices. We demonstrate the effectiveness of QC-CBT-AFQMC on molecular systems such as the hydroxyl radical, ethylene, and the nitrogen molecule. The resulting potential energy curves agree closely with established classical benchmarks, including CCSD(T) and NEVPT2. We also examine the influence of CBT measurement counts on accuracy, showing that subtracting the active-space AFQMC energy mitigates measurement-induced errors. Furthermore, we apply QC-CBT-AFQMC to estimate reaction barriers in [3+2]-cycloaddition reactions, achieving agreement with high-level references and successfully incorporating complete basis set extrapolation techniques. These results highlight the potential of QC-CBT-AFQMC as a practical method for quantum computational chemistry.
• Abstract（参考訳）: 一般に、量子コンピュータを用いた量子化学計算は、動的相関効果を正確に記述していない。 Huggins et al [Nature 603, 416-420 (2022)] によって提案された量子古典的補助場量子モンテカルロ (QC-AFQMC) アルゴリズムはこの問題に効果的に対処する。 しかし、古典的およびマッチゲートシャドウトモグラフィーのようなアプローチは、しばしばより深い回路や大量のショットを必要とするため、現在の量子ハードウェアでは実用的ではない。 対照的に、CBT(Computer basis tomography)は浅い回路を用いており、現実的に制約されたショット予算に適しているため、短期量子デバイスでもCI係数を効率的に抽出することができる。 ヒドロキシルラジカル,エチレン,窒素分子などの分子系に対するQC-CBT-AFQMCの有効性を示す。 結果として生じるポテンシャルエネルギー曲線は、CCSD(T)やNEVPT2を含む確立された古典的なベンチマークと密接に一致している。 また, CBT測定回数が精度に与える影響についても検討し, アクティブスペースAFQMCエネルギーの減算が測定による誤差を軽減することを示した。 さらに, [3+2]-シクロ付加反応における反応障壁の推定にQC-CBT-AFQMCを適用し, 高レベル参照との一致を実現し, 完全基底集合外挿法の導入に成功した。 これらの結果は量子計算化学の実用的な方法としてのQC-CBT-AFQMCの可能性を強調した。

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