論文の概要: Assessing Tensor Network Quantum Emulators for Hamiltonian Simulation of Pharmaceutical Molecules: Challenges and Limitations in Drug Discovery Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.11399v1
• Date: Tue, 15 Apr 2025 17:14:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-23 23:15:51.867669
• Title: Assessing Tensor Network Quantum Emulators for Hamiltonian Simulation of Pharmaceutical Molecules: Challenges and Limitations in Drug Discovery Applications
• Title（参考訳）: 医薬品分子のハミルトンシミュレーションのためのテンソルネットワーク量子エミュレータの評価 : 薬物発見の課題と限界
• Authors: Marek Kowalik, Ellen Michael, Peter Pogány, Phalgun Lolur,
• Abstract要約: 量子コンピューティングは、特に薬物発見において、計算化学シミュレーションの革命を約束する。 現在の量子ハードウェアはノイズとスケールによって制限されており、ブリッジ技術を必要とする。 本研究は、ハミルトンシミュレーションのためのテンソルネットワーク量子エミュレータの初期評価を提供する。
• 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: Quantum computing holds promise for revolutionizing computational chemistry simulations, particularly in drug discovery. However, current quantum hardware is limited by noise and scale, necessitating bridging technologies. This study provides an initial evaluation of tensor network quantum emulators, narrowed to matrix product state-based emulators, for Hamiltonian simulation of pharmaceutical molecules, with a focus on predicting the reactivity of targeted covalent drugs. We assess runtime scaling, accuracy, and resource requirements across various active space sizes, comparing performance to traditional state vector simulation methods. Our results reveal that, for accurate estimation of the expectation value trajectory of a key measurement operator - used as a quantum-derived feature for reactivity prediction - the required bond dimension in matrix product state tensor networks grows rapidly with system size, effectively negating runtime advantages for larger, chemically relevant molecules. This study highlights the fundamental challenges in classically simulating complex quantum chemistry systems and contributes to the support of the irreplaceability premise of quantum computers to efficiently handle strongly entangled systems. Such robustness of fault-tolerant quantum computers leads to practical advantages in drug discovery applications.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、特に薬物発見において、計算化学シミュレーションの革命を約束する。 しかし、現在の量子ハードウェアはノイズとスケールによって制限されており、ブリッジ技術を必要とする。 本研究は、医薬品分子のハミルトンシミュレーションのためのテンソルネットワーク量子エミュレータの初期評価と、標的とする共価薬の反応性を予測することに焦点を当てた。 従来の状態ベクトルシミュレーション手法と比較し,実行時のスケーリング,精度,リソース要件を様々な活動空間サイズで評価する。 この結果から, 反応予測の量子的特徴として用いたキー測定演算子の期待値軌跡を正確に推定するために, マトリックス生成物状態テンソルネットワークの結合次元は, システムサイズとともに急速に増大し, より大きく, 化学的に関係のある分子に対する実行時の優位性を効果的に否定することが明らかとなった。 この研究は、古典的に複雑な量子化学系をシミュレートする際の根本的な課題を強調し、強い絡み合ったシステムを効率的に扱うために、量子コンピュータの非置換性前提のサポートに寄与する。 このような耐障害性量子コンピュータの堅牢性は、薬物発見の応用において実用上の優位性をもたらす。

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