論文の概要: Integrating Classical and Quantum Software for Enhanced Simulation of Realistic Chemical Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18877v1
• Date: Mon, 23 Jun 2025 17:49:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:37.107531
• Title: Integrating Classical and Quantum Software for Enhanced Simulation of Realistic Chemical Systems
• Title（参考訳）: リアルな化学システムのシミュレーションのための古典的・量子的ソフトウェアの統合
• Authors: Tomoya Shiota, Klaas Gunst, Toshio Mori, Toru Shiozaki, Wataru Mizukami,
• Abstract要約: 大規模で現実的な化学システムにおける量子コンピューティングの実現可能性を示す。 量子回路シミュレータと高効率な第一原理計算ソフトウェアCP2Kを用いた新しいインタフェースを開発した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We demonstrate the feasibility of quantum computing for large-scale, realistic chemical systems through the development of a new interface using a quantum circuit simulator and CP2K, a highly efficient first-principles calculation software. Quantum chemistry calculations using quantum computers require Hamiltonians prepared on classical computers. Moreover, to compute forces beyond just single-point energy calculations, one- and two-electron integral derivatives and response equations are also to be computed on classical computers. Our developed interface allows for efficient evaluation of forces with the quantum-classical hybrid framework for large chemical systems. We performed geometry optimizations and first-principles molecular dynamics calculations on typical condensed-phase systems. These included liquid water, molecular adsorption on solid surfaces, and biological enzymes. In water benchmarks with periodic boundary conditions, we confirmed that the cost of preparing second-quantized Hamiltonians and evaluating forces scales almost linearly with the simulation box size. This research marks a step towards the practical application of quantum-classical hybrid calculations, expanding the scope of quantum computing to realistic and complex chemical phenomena.
• Abstract（参考訳）: 量子回路シミュレータと高効率第一原理計算ソフトウェアCP2Kを用いた新しいインタフェースの開発を通じて,大規模で現実的な化学システムのための量子コンピューティングの実現可能性を示す。 量子コンピュータを用いた量子化学計算は、古典的なコンピュータで準備されたハミルトニアンを必要とする。 さらに, 単点エネルギー計算以上の力を計算するためには, 古典コンピュータ上での一電子・二電子積分微分や応答方程式も計算する必要がある。 開発したインタフェースにより,大規模化学システムのための量子古典ハイブリッドフレームワークを用いた力の効率的な評価が可能となった。 我々は,典型的な凝縮相系の幾何最適化と第一原理分子動力学計算を行った。 これには液体水、固体表面への分子吸着、生物酵素が含まれていた。 周期的境界条件を持つ水位ベンチマークでは, 二次量子化ハミルトンを調製し, 力を評価するコストは, シミュレーションボックスの大きさとほぼ直線的にスケールすることが確認された。 この研究は量子古典ハイブリッド計算の実用化に向けての一歩であり、量子コンピューティングの範囲を現実的で複雑な化学現象にまで広げている。

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