論文の概要: Quantum Simulation of Electron Energy Loss Spectroscopy for Battery Materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.15935v1
- Date: Thu, 21 Aug 2025 20:01:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-25 16:42:36.176559
- Title: Quantum Simulation of Electron Energy Loss Spectroscopy for Battery Materials
- Title（参考訳）: 電池材料の電子エネルギー損失分光の量子シミュレーション
- Authors: Alexander Kunitsa, Diksha Dhawan, Stepan Fomichev, Juan Miguel Arrazola, Minghao Zhang, Torin F. Stetina,
- Abstract要約: 動的構造因子(DSF)を計算するための量子アルゴリズムとエンドツーエンドシミュレーションフレームワークを提案する。
本稿では,電子エネルギー損失分光法(EELS)のコアレベル電子励起系におけるシミュレーションに適用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 38.065424255210765
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The dynamic structure factor (DSF) is a central quantity for interpreting a vast array of inelastic scattering experiments in chemistry and materials science, but its accurate simulation is a considerable challenge for classical computational methods. In this work, we present a quantum algorithm and an end-to-end simulation framework to compute the DSF, providing a general approach for simulating momentum-resolved spectroscopies. We apply this approach to the simulation of electron energy loss spectroscopy (EELS) in the core-level electronic excitation regime, a spectroscopic technique offering sub-nanometer spatial resolution and capable of resolving element-specific information, crucial for analyzing battery materials. We derive a quantum algorithm for computing the DSF for EELS by evaluating the off-diagonal terms of the time-domain Green's function, enabling the simulation of momentum-resolved spectroscopies. To showcase the algorithm, we study the oxygen K-edge EELS spectrum of lithium manganese oxide ($Li_2MnO_3$), a prototypical cathode material for investigating the mechanisms of oxygen redox in battery materials. For a representative model of an oxygen-centered cluster of $Li_2MnO_3$ with an active space of 18 active orbitals, the algorithm requires a circuit depth of $3.25\times10^{8}$ T gates, 100 logical qubits, and roughly $10^4$ shots.
- Abstract（参考訳）: 動的構造因子 (DSF) は、化学や材料科学における膨大な非弾性散乱実験を解釈する中心的な量であるが、その正確なシミュレーションは古典的な計算法にとって大きな課題である。
本研究では, DSFを計算するための量子アルゴリズムとエンドツーエンドのシミュレーションフレームワークを提案し, 運動量分解分光法をシミュレーションするための一般的なアプローチを提供する。
本稿では, 電子エネルギー損失分光法(EELS)の電子レベル電子励起系におけるシミュレーションに適用する。
我々は、時間領域グリーン関数の対角線外項を評価することで、EELSのDSFを計算するための量子アルゴリズムを導出し、運動量分解分光学のシミュレーションを可能にする。
本アルゴリズムを実証するために, リチウムマンガン酸化物(Li_2MnO_3$)の酸素K-エッジEELSスペクトルについて検討した。
活性軌道18の活性空間を持つLi_2MnO_3$の酸素中心クラスターの代表モデルに対して、このアルゴリズムは3.25\times10^{8}$Tゲート、100の論理量子ビット、約10^4$ショットの回路深さを必要とする。
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