論文の概要: A variational quantum eigensolver tailored to multi-band tight-binding simulations of electronic structures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.18027v1
• Date: Fri, 23 May 2025 15:34:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-26 18:08:34.195914
• Title: A variational quantum eigensolver tailored to multi-band tight-binding simulations of electronic structures
• Title（参考訳）: 電子構造のマルチバンド強結合シミュレーションに適した変分量子固有解法
• Authors: Dongkeun Lee, Hoon Ryu,
• Abstract要約: 電子構造の原子シミュレーションのための費用効率変動量子固有解法(VQE)を提案する。 スパースTBハミルトニアンはボトムアップ方式で構成され、標準基底作用素の線形結合として表現される。 提案手法を用いて金属ハロゲン化ペロブスカイト超セルのバンドギャップエネルギーを求める。
• 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 propose a cost-efficient measurement scheme of the variational quantum eigensolver (VQE) for atomistic simulations of electronic structures based on a tight-binding (TB) theory. Leveraging the lattice geometry of a material domain, the sparse TB Hamiltonian is constructed in a bottom-up manner and is represented as a linear combination of the standard-basis (SB) operators. The cost function is evaluated with an extended version of the Bell measurement circuit that can simultaneously measure multiple SB operators and therefore reduces the number of circuits required bythe evaluation process. The proposed VQE scheme is applied to find band-gap energies of metal-halide-perovskite supercells that have finite dimensions with closed boundaries and are described with a sp3 TB model. Experimental results confirm that the proposed scheme gives solutions that follow well the accurate ones, but, more importantly, has the computing efficiency that is obviously superior to the commutativity-based Pauli grouping methods. Extending the application scope of VQE to three-dimensional confined atomic structures, this work can serve as a practical guideline for handling TB simulations in the noise-intermediate-scale quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 電子構造の原子構造シミュレーションのための変動量子固有解法(VQE)のコスト効率測定手法を提案する。 物質領域の格子幾何学を利用すると、スパースTBハミルトニアンはボトムアップ的に構成され、標準基底作用素の線形結合として表される。 コスト関数はベル測定回路の拡張バージョンで評価され、複数のSB演算子を同時に測定できるため、評価プロセスで必要となる回路数を削減できる。 提案手法を用いて, 有限次元の有限次元金属ハロゲン化ペロブスカイト超セルのバンドギャップエネルギーをsp3 TBモデルで記述した。 実験結果から,提案手法が精度の高い解を与えることを確認したが,より重要なことは,可換性に基づくパウリ群法よりも明らかに優れている計算効率を有することである。 VQEの適用範囲を3次元の閉じ込められた原子構造に拡張することで、この研究はノイズ中間スケール量子デバイスにおけるTBシミュレーションを扱うための実用的なガイドラインとなる。

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