論文の概要: Qumode-Based Variational Quantum Eigensolver for Molecular Excited States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.04727v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 00:53:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.435552
• Title: Qumode-Based Variational Quantum Eigensolver for Molecular Excited States
• Title（参考訳）: 分子励起状態に対するQumode-based Variational Quantum Eigensolver
• Authors: Rishab Dutta, Cameron Cianci, Alexander V. Soudackov, Yuchen Wang, Chuzhi Xu, David A. Mazziotti, Lea F. Santos, Victor S. Batista,
• Abstract要約: 分子励起状態を計算するためのハイブリッド量子古典アルゴリズムであるQumode Subspace Variational Quantum Eigensolver (QSS-VQE)を紹介する。 本研究では, ジヒドロゲンおよびシトシンの円錐交差を含む分子励起状態のシミュレーションによるQSS-VQEの性能を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.148034499498586
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We introduce the Qumode Subspace Variational Quantum Eigensolver (QSS-VQE), a hybrid quantum-classical algorithm for computing molecular excited states using the Fock basis of bosonic qumodes in circuit quantum electrodynamics (cQED) devices. This approach harnesses the native universal gate sets of qubit-qumode architectures to construct highly expressive variational ansatze, offering potential advantages over conventional qubit-based methods. In QSS-VQE, the electronic structure Hamiltonian is first mapped to a qubit representation and subsequently embedded into the Fock space of bosonic qumodes, enabling efficient state preparation and reduced quantum resource requirements. We demonstrate the performance of QSS-VQE through simulations of molecular excited states, including dihydrogen and a conical intersection in cytosine. Additionally, we explore a bosonic model Hamiltonian to assess the expressivity of qumode gates, identifying regimes where qumode-based implementations outperform purely qubit-based approaches. These results highlight the promise of leveraging bosonic degrees of freedom for enhanced quantum simulation of complex molecular systems.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,回路量子力学(cQED)デバイスにおけるボソン量子モードのフォックベースを用いて,分子励起状態を計算するためのハイブリッド量子古典的アルゴリズムであるQumode Subspace Variational Quantum Eigensolver (QSS-VQE)を紹介する。 このアプローチは、クビット・クモードアーキテクチャのネイティブな普遍ゲートセットを利用して、高度に表現力のある変分アンサーゼを構築し、従来のクビットベースの手法よりも潜在的に有利である。 QSS-VQEでは、電子構造ハミルトニアンはまず量子ビット表現にマッピングされ、その後ボゾン量子のフォック空間に埋め込まれ、効率的な状態の準備と量子資源の要求の低減を可能にした。 本研究では, ジヒドロゲンおよびシトシンの円錐交差を含む分子励起状態のシミュレーションによるQSS-VQEの性能を示す。 さらに、量子ゲートの表現性を評価するためのボソニックモデルハミルトニアンを探索し、量子ビットベースの実装が純粋に量子ビットベースのアプローチより優れている状況を特定する。 これらの結果は、複雑な分子系の量子シミュレーションの強化にボソニックな自由度を活用するという約束を浮き彫りにしている。

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