論文の概要: Bootstrapping the Electronic Structure of Quantum Materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.02861v1
- Date: Mon, 31 Mar 2025 17:04:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-07 14:47:11.959817
- Title: Bootstrapping the Electronic Structure of Quantum Materials
- Title（参考訳）: 量子材料の電子構造とブートストラップ
- Authors: Anna O. Schouten, Simon Ewing, David A. Mazziotti,
- Abstract要約: 本稿では,2電子還元密度行列(2-RDM)理論の周期的一般化について述べる。
翻訳対称性を利用して計算スケーリングを大幅に削減する。
本研究では, 水素鎖, ジスルフィドモリブデン, 酸化ニッケルに理論を適用することにより, このアプローチの有効性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: The last several decades have seen significant advances in the theoretical modeling of materials within the fields of solid-state physics and materials science, but many methods commonly applied to this problem struggle to capture strong electron correlation accurately. Recent widespread interest in quantum materials -- where strong correlation plays a crucial role in the quantum effects governing their behavior -- further highlights the need for theoretical methods capable of rigorously treating such correlation. Here, we present a periodic generalization of variational two-electron reduced density matrix (2-RDM) theory, a bootstrapping-type method that minimizes the ground-state energy as a functional of the 2-RDM without relying on the wavefunction. The 2-RDM is computed directly by semidefinite programming with $N$-representability conditions, ensuring accurate treatment of strongly correlated electronic systems. By exploiting translational symmetry, we significantly reduce computational scaling, enabling applications to realistic materials-scale systems. Additionally, we introduce an alternative to conventional energy band structures: natural-orbital occupation-number bands, which, being independent of mean-field assumptions, offer deeper insights into electron correlation effects. We demonstrate the effectiveness of this approach by applying the theory to hydrogen chains, molybdenum disulfide, and nickel oxide, showing that natural-orbital occupation bands correctly capture electronic character in regimes where density functional theory fails. This work represents a major step toward accurately describing the electronic structure of quantum materials using reduced density matrices rather than wavefunctions.
- Abstract（参考訳）: 過去数十年間、固体物理学と材料科学の分野における物質の理論的モデリングは著しく進歩してきたが、この問題に一般的に適用される多くの手法は、強い電子相関を正確に捉えるのに苦労している。
量子材料に対する近年の関心は、強い相関関係が量子効果に重要な役割を担い、その振る舞いを厳格に扱える理論的な方法の必要性を浮き彫りにしている。
本稿では,波動関数に依存することなく,基底状態エネルギーを2-RDMの機能として最小化するブートストラッピング方式である2-RDM理論の周期的一般化について述べる。
2-RDMは半定値プログラミングと$N$-representability条件で直接計算され、強く相関した電子システムの正確な処理が保証される。
翻訳対称性を利用することで、計算スケーリングを大幅に削減し、現実的な物質スケールシステムに応用できる。
さらに、従来のエネルギーバンド構造の代替として、平均場仮定とは無関係に電子相関効果の深い洞察を与える自然軌道の占有数バンドを導入する。
本研究では, 水素鎖, ジスルフィド, 酸化モリブデン, 酸化ニッケルにこの理論を適用し, 密度汎関数理論が失敗する状況下で, 自然軌道の占有帯が電子的特性を正しく捉えていることを示す。
この研究は、波動関数ではなく、密度の低下した行列を用いて量子材料の電子構造を正確に記述するための大きなステップである。
関連論文リスト
- Electron-Electron Interactions in Device Simulation via Non-equilibrium Green's Functions and the GW Approximation [71.63026504030766]
電子-電子(e-e)相互作用は、量子輸送シミュレーションに明示的に組み込まれなければならない。
この研究は、非平衡条件下でのナノデバイスの大規模原子論的量子輸送シミュレーションを報告した最初のものである。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-12-17T15:05:33Z) - Electronic Correlations in Multielectron Silicon Quantum Dots [0.3793387630509845]
シリコン金属-酸化物-半導体系量子ドットは、実用的な量子コンピュータを実現するための有望な経路を示す。
ハートリー・フォック理論(Hartree-Fock theory)は、多電子量子ドットの電子構造モデリングのための必須の道具である。
シリコン量子ドットのモデリングにおいて,これらの複雑さを考慮に入れたHartree-Fock法を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-07-05T06:46:38Z) - Dynamical Mean Field Theory for Real Materials on a Quantum Computer [0.0]
ハイブリッド量子古典DFT+DMFTシミュレーションフレームワークの開発について報告する。
IBM Quantumシステム上で最大14キュービットのハードウェア実験を行う。
実物の電子構造に対する相関効果を評価することにより,我々の量子DFT+DMFTワークフローの有用性を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-15T07:45:50Z) - Modeling Non-Covalent Interatomic Interactions on a Photonic Quantum
Computer [50.24983453990065]
我々は、cQDOモデルがフォトニック量子コンピュータ上でのシミュレーションに自然に役立っていることを示す。
我々は、XanaduのStrawberry Fieldsフォトニクスライブラリを利用して、二原子系の結合エネルギー曲線を計算する。
興味深いことに、2つの結合したボソニックQDOは安定な結合を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-06-14T14:44:12Z) - Quantum-Classical Hybrid Algorithm for the Simulation of All-Electron
Correlation [58.720142291102135]
本稿では、分子の全電子エネルギーと古典的コンピュータ上の特性を計算できる新しいハイブリッド古典的アルゴリズムを提案する。
本稿では,現在利用可能な量子コンピュータ上で,化学的に関連性のある結果と精度を実現する量子古典ハイブリッドアルゴリズムの能力を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-06-22T18:00:00Z) - Combining density functional theory with macroscopic QED for quantum
light-matter interactions in 2D materials [0.0]
グラフェンと完全導体の間に挟まれた多層遷移金属ジアルコゲナイドのサブバンド間遷移に107ドルを要した。
我々の研究は、現実的なナノ構造材料における光物質相互作用の実践的初期的量子処理の基礎を築いた。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-03-17T08:23:56Z) - Geometric Constraints on Two-electron Reduced Density Matrices [0.7106986689736826]
2-RDMの構造特性の理論予測は、量子化学において不可欠な試みである。
高温超伝導体のような強い相関系では、正確な近似は到達できない。
ヒルベルト空間の基本幾何学的性質と作用素の可換関係に基づく2-RDM上の制約の集合を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-10-19T17:02:31Z) - Dissipation-engineering of nonreciprocal quantum dot circuits: An
input-output approach [6.211723927647019]
ナノエレクトロニクスデバイスにおける非相互効果は、電子輸送と工学的な量子電子回路の操作にユニークな可能性をもたらす。
固体量子ドットアーキテクチャにおける非相互輸送の一般的なインプット・アウトプット記述を提供する。
非相互結合は共振輸送系において一方向電子流を誘導することを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-11T14:13:14Z) - Theoretical methods for ultrastrong light-matter interactions [91.3755431537592]
本稿では,超強結合状態における空洞量子力学を理解するために開発された理論的手法について概説する。
本稿は、基底状態特性の解析的推定からマスター方程式の適切な計算まで、最近の進歩の概要を概説する。
論文の大半は、超強結合が到達した様々な実験プラットフォームに関連する効果的なモデルに特化している。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-01-23T18:09:10Z) - Quantum decoherence by Coulomb interaction [58.720142291102135]
本研究では, 半導体および金属表面に近いバイプリズム電子干渉計において, 重ね合わせ状態におけるクーロン誘起自由電子の脱コヒーレンスを実験的に検討する。
結果は、新しい量子機器の設計において、特定のデコヒーレンスチャネルの決定と最小化を可能にする。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-01-17T04:11:44Z) - Entanglement generation via power-of-SWAP operations between dynamic
electron-spin qubits [62.997667081978825]
表面音響波(SAW)は、圧電材料内で動く量子ドットを生成することができる。
動的量子ドット上の電子スピン量子ビットがどのように絡み合うかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-01-15T19:00:01Z)
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。