論文の概要: Coupled Cluster Downfolding Theoryin Simulations of Chemical Systems on Quantum Hardware
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.01199v1
- Date: Tue, 01 Jul 2025 21:34:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.937289
- Title: Coupled Cluster Downfolding Theoryin Simulations of Chemical Systems on Quantum Hardware
- Title（参考訳）: 量子ハードウェア上の化学系の結合クラスター分解理論シミュレーション
- Authors: Nicholas P. Bauman, Muqing Zheng, Chenxu Liu, Nathan M. Myers, Ajay Panyala, Bo Peng, Ang Li, Karol Kowalski,
- Abstract要約: 古典的資源が、現在の量子デバイスの制約に適合する次元によって特徴づけられる有効ハミルトニアンを構築するためにどのように使用されるかを示す。
このようなフレキシブルなハイブリッドアルゴリズムは、問題のサイズを利用可能な量子資源に合わせることができ、ノイズの多い中間スケール量子(QNIS)デバイスと将来のフォールトトレラント量子コンピュータの間の橋渡しとして機能する、と我々は主張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.389379035303165
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The practical application of quantum technologies to chemical problems faces significant challenges, particularly in the treatment of realistic basis sets and the accurate inclusion of electron correlation effects. A direct approach to these problems is currently infeasible due to limitations in the number of logical qubits, their fidelity, and the shallow circuit depths supported by existing hardware; all of which hinder simulations at the required level of accuracy. A promising alternative is hybrid quantum-classical computing, where classical resources are used to construct effective Hamiltonians characterized by dimensions that conform to the constraints of current quantum devices. In this paper, we demonstrate the performance of a hybrid approach: coupled-cluster downfolded Hamiltonians are first evaluated in reduced-dimensionality active spaces, and the corresponding ground-state energies are subsequently computed using quantum algorithms. Our comprehensive analysis explores the achievable accuracy in recovering correlation energies when hundreds of orbitals are downfolded into a problem size tractable by today's quantum hardware. We argue that such flexible hybrid algorithms, where problem size can be tailored to available quantum resources, can serve as a bridge between noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices and future fault-tolerant quantum computers, marking a step toward the early realization of quantum advantage in chemistry.
- Abstract（参考訳）: 量子技術の化学問題への実践的な応用は、特に現実的な基底集合の扱いや電子相関効果の正確な包含において重要な課題に直面している。
これらの問題に対する直接的なアプローチは、論理量子ビットの数、その忠実度、および既存のハードウェアがサポートしている浅い回路深さの制限により、現在実現不可能である。
有望な代替手段はハイブリッド量子古典計算(英語版)であり、古典的資源は、現在の量子デバイスの制約に適合する次元によって特徴づけられる効果的なハミルトニアンを構築するために使用される。
本稿では,結合クラスタダウンフォールドハミルトニアンはまず低次元活性空間で評価され,対応する基底状態エネルギーは量子アルゴリズムを用いて計算される。
我々の総合的な分析では、数百の軌道が現在の量子ハードウェアで抽出可能な問題サイズにダウンフォールドされたときに、相関エネルギーを回復する達成可能な精度について調べている。
このようなフレキシブルなハイブリッドアルゴリズムは、問題のサイズを利用可能な量子資源に合わせることができ、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスと将来のフォールトトレラント量子コンピュータの間の橋渡しとして機能し、化学における量子優位の早期実現に向けた一歩であると主張する。
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