論文の概要: Spin-state energetics of heme-related models with the variational quantum eigensolver

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.08494v1
• Date: Fri, 11 Apr 2025 12:48:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-21 17:40:30.42119
• Title: Spin-state energetics of heme-related models with the variational quantum eigensolver
• Title（参考訳）: 変分量子固有解法をもつヘム関連モデルのスピン状態エネルギー論
• Authors: Unathi Skosana, Sthembiso Gumede, Mark Tame,
• Abstract要約: 可変量子固有解法(VQE)アルゴリズムを用いて,デオキシミオグロビンの簡易モデルに対して,異なるスピン状態(単数,三重項,五重項)間のエネルギー的分離の数値計算を行った。 我々の数値シミュレーションでは、VQEアルゴリズムは強相関系のスピン状態エネルギーを再現できる。
• 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 present numerical calculations of the energetic separation between different spin states (singlet, triplet and quintet) for a simplified model of a deoxy-myoglobin protein using the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm. The goal is to gain insight into the workflow and challenges of VQE simulations for transition metal complexes, with emphasis on methodology over hardware-specific implementation. The numerical calculations are performed using an in-house statevector simulator with single- and multi-reference trial wavefunctions based on the k-unitary pair coupled-cluster generalized singles and doubles or k-UpCCGSD ansatz. The spin-state energetics for active spaces of increasing size up to 10 spatial orbitals (20 spin orbitals or qubits) are computed with VQE and were found to agree with the classical complete active self-consistent field or CASSCF method to within 1-4 kcal/mol. We evaluate relevant multi-reference diagnostics and show that the spin states computed with VQE possess a sufficient degree of multi-reference character to highlight the presence of strong electron correlation effects. Our numerical simulations show that in the ideal case, the VQE algorithm is capable of reproducing spin-state energetics of strongly correlated systems such as transition metal complexes for both single- and multi-reference trial wavefunctions, asymptotically achieving good agreement with results from classical methods as the number of active orbitals increases.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 可変量子固有解法(VQE)アルゴリズムを用いて, デオキシミオグロビンタンパク質の簡易モデルとして, 異なるスピン状態(シングルレット, 三重項および五重項)間のエネルギー的分離の数値計算を行った。 ゴールは、遷移金属錯体のVQEシミュレーションのワークフローと課題についての洞察を得ることであり、ハードウェア固有の実装の方法論に重点を置いている。 数値計算は、kユニット対結合クラスタ一般化シングルとdoublesまたはk-UpCCGSDアンサッツに基づいて、単値および多値トライアル波動関数を持つ室内状態ベクトルシミュレータを用いて行われる。 最大10個の空間軌道(20個のスピン軌道または量子ビット)を持つ活性空間のスピン状態エネルギーは、VQEで計算され、古典的な完全活性自己整合場(CASSCF法)と1-4 kcal/mol以内で一致した。 VQEで計算したスピン状態が、強い電子相関効果の存在を強調するのに十分なマルチ参照特性を有することを示す。 我々の数値シミュレーションでは、VQEアルゴリズムは、単一および多参照トライアル波動関数の遷移金属錯体のような強い相関系のスピン状態エネルギーを再現することができ、アクティブ軌道の数が増加するにつれて古典的手法による結果と漸近的に良好な一致を達成できることが示されている。

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