論文の概要: Quantum Simulations of Chemical Reactions: Achieving Accuracy with NISQ Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.12084v2
- Date: Tue, 18 Mar 2025 05:52:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-19 10:31:30.635370
- Title: Quantum Simulations of Chemical Reactions: Achieving Accuracy with NISQ Devices
- Title（参考訳）: 化学反応の量子シミュレーション:NISQデバイスによる精度向上
- Authors: Maitreyee Sarkar, Lisa Roy, Akash Gutal, Atul Kumart, Manikandan Paranjothy,
- Abstract要約: 現在のノイズ中間スケール量子(NISQ)時代には、変分量子ソルバ(VQE)を用いて量子ビットを用いて分子をシミュレートし、分子特性を計算する。
しかしながら、VQEアルゴリズムを用いて反応エネルギーを計算するために反応をシミュレートする化学は、ベンチマーク計算化学法と比較してまだ化学精度に達していない。
本研究では,分子の基底状態と励起状態の両方の既約表現を取り入れ,化学反応を研究するための異なる活性空間の定義を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.481396570929286
- License:
- Abstract: Quantum computing is viewed as a promising technology because of its potential for polynomial growth in complexity, in contrast to the exponential growth observed in its classical counterparts. In the current Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era, the Variational Quantum Eigensolver (VQE), a hybrid variational algorithm, is utilized to simulate molecules using qubits and calculate molecular properties. However, simulating a chemical reaction to compute the reaction energy using VQE algorithm has not yet reached chemical accuracy relative to the benchmark computational chemistry methods due to limitations such as the number of qubits, circuit depth, and noise introduced within the model. To address this issue, we propose the definition of different active spaces for studying chemical reactions, incorporating irreducible representations of both the ground and excited states of the molecules. Our results demonstrate that this approach achieves chemical accuracy in predicting the reaction energy for various reactions. For all reactions studied, the difference in reaction energies between conventional computational chemistry methods and the quantum-classical hybrid VQE algorithm is less than 1 kcal/mol. Furthermore, our analysis simplifies the process of selecting active spaces and electrons for each reaction, reducing it to a single optimal combination that ensures the chemical accuracy for each reaction.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、古典的に見られる指数関数的な成長とは対照的に、複雑性の多項式成長の可能性から、有望な技術と見なされている。
現在のノイズ中間スケール量子(NISQ)時代には、ハイブリッド変分アルゴリズムである変分量子固有解器(VQE)を用いて、量子ビットを用いて分子をシミュレートし、分子特性を計算する。
しかしながら、VQEアルゴリズムを用いて反応エネルギーを計算するための化学反応のシミュレーションは、量子ビット数、回路深さ、モデル内で導入されたノイズなどの制限により、ベンチマーク計算化学法と比較してまだ化学精度は達していない。
この問題に対処するために、分子の基底状態と励起状態の両方の既約表現を取り入れた、化学反応を研究するための異なる活性空間の定義を提案する。
本研究は, 種々の反応に対する反応エネルギーの予測において, 化学的精度が得られたことを示す。
全ての反応について、従来の計算化学法と量子古典ハイブリッドVQEアルゴリズムの反応エネルギーの差は1kcal/mol未満である。
さらに,反応毎に活性空間と電子を選択する過程を単純化し,反応毎の化学的精度を確実にする単一最適結合に還元する。
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