論文の概要: Auxiliary-field quantum Monte Carlo method with quantum selected configuration interaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.21081v1
- Date: Fri, 28 Feb 2025 14:12:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-03 16:38:45.948071
- Title: Auxiliary-field quantum Monte Carlo method with quantum selected configuration interaction
- Title（参考訳）: 量子選択構成相互作用を持つ補助場量子モンテカルロ法
- Authors: Yuichiro Yoshida, Luca Erhart, Takuma Murokoshi, Rika Nakagawa, Chihiro Mori, Takafumi Miyanaga, Toshio Mori, Wataru Mizukami,
- Abstract要約: 相無相補助場量子モンテカルロ(ph-AFQMC)における試行波関数として量子選択構成相互作用(QSCI)法により生成される波動関数を提案する。
我々はこの統合アプローチをQC-QSCI-AFQMC(略してQSCI-AFQMC)と呼ぶ。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose using the wave function generated by the quantum selected configuration interaction (QSCI) method as the trial wave function in phaseless auxiliary-field quantum Monte Carlo (ph-AFQMC). In the QSCI framework, electronic configurations are sampled from the quantum state realized on a quantum computer. These configurations serve as basis states for constructing an effective Hamiltonian, which is then diagonalized to obtain the corresponding eigenstate. Using this wave function, ph-AFQMC is performed to recover the dynamical electron correlation across the whole orbital space. The use of the QSCI trial wave function is expected to improve the feasibility of the quantum-classical (QC) hybrid quantum Monte Carlo approach [Nature, 603, 416 (2022)]. We call this integrated approach QC-QSCI-AFQMC, or QSCI-AFQMC for short. This method is validated across several molecular systems. For H2O and a linear H4 chain, we achieved chemical accuracy in most investigations relative to full configuration interaction while utilizing superconducting quantum computers at Osaka University and RIKEN. Additionally, the application of QSCI-AFQMC to the O-H bond dissociation in an organic molecule highlights the complementary synergy between capturing static correlation on quantum hardware and incorporating dynamical correlation via classical post-processing. For the N2, when QSCI-AFQMC is executed with a noiseless simulator, it ranks among the most accurate methods compared to various multireference electronic structure theories. Although the proposed method is demonstrated using small active spaces on current quantum devices, the concept is not limited to few-qubit problems. The QSCI-AFQMC can compete with state-of-the-art classical computational techniques, particularly in larger active spaces, displaying considerable potential for resolving classically intractable problems in quantum chemistry.
- Abstract（参考訳）: 相無相補助場量子モンテカルロ(f-AFQMC)における実験波動関数として、量子選択構成相互作用(QSCI)法により生成された波動関数を提案する。
QSCIフレームワークでは、量子コンピュータ上で実現された量子状態から電子構成をサンプリングする。
これらの構成は、有効ハミルトニアンを構成するための基底状態として機能し、対応する固有状態を得るために対角化される。
この波動関数を用いて、ph-AFQMCは軌道空間全体にわたる動的電子相関を回復する。
QSCI試行波関数の利用は、量子古典(QC)ハイブリッド量子モンテカルロアプローチ [Nature, 603, 416 (2022)] の実現可能性を向上させることが期待されている。
我々はこの統合アプローチをQC-QSCI-AFQMC、略してQSCI-AFQMCと呼ぶ。
この方法は複数の分子系にまたがって検証される。
H2O, 線形H4鎖については, 大阪大学と理研の超伝導量子コンピュータを応用しながら, 完全構成相互作用に関するほとんどの研究において, 化学的精度を達成した。
さらに、有機分子のO-H結合解離に対するQSCI-AFQMCの応用は、量子ハードウェア上の静的相関を捉えることと、古典的な後処理による動的相関を取り入れることの間の相補的な相乗効果を強調している。
N2では、QSCI-AFQMCがノイズレスシミュレータで実行されるとき、様々なマルチ参照電子構造理論と比較して最も正確な方法の1つである。
提案手法は、現在の量子デバイス上の小さな活性空間を用いて実証されるが、この概念は数量子ビットの問題に限らない。
QSCI-AFQMCは、特に大きな活動空間において、最先端の古典的計算技術と競合し、量子化学において古典的に難解な問題を解く可能性を示す。
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