論文の概要: Real-Space Chemistry on Quantum Computers: A Fault-Tolerant Algorithm with Adaptive Grids and Transcorrelated Extension

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.20583v1
• Date: Mon, 28 Jul 2025 07:35:52 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-29 16:23:57.96836
• Title: Real-Space Chemistry on Quantum Computers: A Fault-Tolerant Algorithm with Adaptive Grids and Transcorrelated Extension
• Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の実空間化学:適応格子とトランスコラート拡張を用いたフォールトトレラントアルゴリズム
• Authors: César Feniou, Christopher Cherfan, Julien Zylberman, Baptiste Claudon, Jean-Philip Piquemal, Emmanuel Giner,
• Abstract要約: 量子コンピュータ上での量子化学の最初の量子化、実空間の定式化は魅力的である。 既存のスキームでは、均一な離散化が採用されているため、高密度領域の電子核カスプを捕捉するために必要な分解能は、低密度領域をオーバーサンプリングし、計算資源を浪費する。 電子密度が高い点に集中する、一様でない分子適応格子を配置することで、この問題に対処する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: First-quantized, real-space formulations of quantum chemistry on quantum computers are appealing: qubit count scales logarithmically with spatial resolution, and Coulomb operators achieve quadratic instead of quartic computational scaling of two-electron interactions. However, existing schemes employ uniform discretizations, so the resolution required to capture electron-nuclear cusps in high-density regions oversamples low-density regions, wasting computational resources. We address this by deploying non-uniform, molecule-adaptive grids that concentrate points where electronic density is high. Using Voronoi partitions of these grids, the molecular Hamiltonian is expressed in a Hermitian form and in a transcorrelated, isospectral form that eliminates Coulomb singularities and yields cusp-free eigenfunctions. Both formulations slot naturally into quantum eigenvalue solvers: Hermitian Quantum Phase Estimation (QPE) and the recent generalised Quantum Eigenvalue Estimation (QEVE) protocol for its non-Hermitian, transcorrelated counterpart. Numerical validation on benchmark systems confirms that this non-heuristic ab initio framework offers a promising path for accurate ground-state chemistry on quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータ上の量子化学の最初の量子化、実空間の定式化は魅力的である: 量子ビットカウントは空間分解能と対数的にスケールし、クーロン作用素は2電子相互作用の量子計算スケーリングではなく二次的にスケールする。 しかし、既存のスキームでは均一な離散化が採用されているため、高密度領域における電子核カスプの捕獲に必要な分解能は、低密度領域をオーバーサンプリングし、計算資源を浪費する。 電子密度が高い点に集中する、一様でない分子適応格子を配置することで、この問題に対処する。 これらの格子のボロノイ分割を用いて、分子ハミルトニアンはエルミート形式で表され、コロン特異点を排除しカスプのない固有関数を生じる超コラール形式で表される。 どちらの定式化も自然に量子固有値解決器に分類する: エルミート量子位相推定(英語版)(英語版) (QPE) と最近一般化された量子固有値推定(英語版) (QEVE) プロトコル。 ベンチマークシステムの数値検証により、この非ヒューリスティックなab initioフレームワークは量子ハードウェア上での正確な基底状態化学に有望な経路を提供することを確認した。

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