論文の概要: Quantum Resource Assay for the Grid-Based Simulation of the Photodynamics of Pyrazine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.08609v1
• Date: Tue, 10 Jun 2025 09:17:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 15:11:42.154851
• Title: Quantum Resource Assay for the Grid-Based Simulation of the Photodynamics of Pyrazine
• Title（参考訳）: ピラジンの光力学の格子シミュレーションのための量子資源測定法
• Authors: Xiaoning Feng, Hans Hon Sang Chan, David P. Tew,
• Abstract要約: 我々は、光励起ピラジンの吸収スペクトルと集団動態を計算するために、エンドツーエンドのフォールトトレラント量子アルゴリズムの性能とリソース要件を定式化し、分析する。 古典的なエミュレーションを用いて、タスクに必要な量子リソースを検証し、量子ビット数とゲート深さ計算の一般化式を提案する。 我々の研究は、光誘起力学とビブロニックスペクトルの高次元ウェーブパケットに基づく量子シミュレーションを理解するための基礎的な枠組みを提供し、フォールトトレラント量子コンピュータ上のさらに大きな分子系のシミュレーションにおける将来的な応用を期待する。
• 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: We establish and analyse the performance and resource requirements of an end-to-end fault-tolerant quantum algorithm for computing the absorption spectrum and population dynamics of photoexcited pyrazine. The quantum circuit construction consists of initial state preparation using uniformly controlled rotations, the time-dependent Hamiltonian propagation based on the grid-based Split Operator Quantum Fourier Transform (SO-QFT) method, and cost-effective measurements including statistical and canonical phase estimation. We use classical emulations to validate the quantum resources required for the task, and propose generalised formulae for the qubit count and gate depth calculation. Simulating the vibronic dynamics of pyrazine in a low-dimensional abstraction requires 17-qubit circuits with a gate depth of $\mathcal{O}(10^4)$, whereas a full-dimensional simulation of pyrazine in 24 modes requires at least 97-qubit circuits with a gate depth of $\mathcal{O}(10^5)$. Our work provides a foundational framework for understanding high-dimensional wavepacket-based quantum simulations of photo-induced dynamics and vibronic spectra, anticipating future applications in the simulation of even larger molecular systems on fault-tolerant quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 我々は、光励起ピラジンの吸収スペクトルと集団動態を計算するために、エンドツーエンドのフォールトトレラント量子アルゴリズムの性能とリソース要件を定式化し、分析する。 量子回路の構成は、一様制御回転を用いた初期状態準備、グリッドベースのスプリット演算子量子フーリエ変換(SO-QFT)法に基づく時間依存ハミルトン伝播、統計的および正準位相推定を含む費用対効果の測定からなる。 古典的なエミュレーションを用いて、タスクに必要な量子リソースを検証し、量子ビット数とゲート深さ計算の一般化式を提案する。 低次元抽象化におけるピラジンの振動ダイナミクスのシミュレーションには、ゲート深さが$\mathcal{O}(10^4)$の17量子ビット回路が必要であるが、24モードでのピラジンのフル次元シミュレーションには、ゲート深さが$\mathcal{O}(10^5)$の少なくとも97量子ビット回路が必要である。 我々の研究は、光誘起力学とビブロニックスペクトルの高次元ウェーブパケットに基づく量子シミュレーションを理解するための基礎的な枠組みを提供し、フォールトトレラント量子コンピュータ上のさらに大きな分子系のシミュレーションにおける将来的な応用を期待する。

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