論文の概要: Sample-based Quantum Diagonalization Methods for Modeling the Photochemistry of Diazirine and Diazo Compounds

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00484v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 04:07:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 14:32:17.190846
• Title: Sample-based Quantum Diagonalization Methods for Modeling the Photochemistry of Diazirine and Diazo Compounds
• Title（参考訳）: ジアジリンおよびジアゾ化合物の光化学モデリングのためのサンプルベース量子対角化法
• Authors: Saurabh Shivpuje, Tanvi P. Gujarati, Richard Van, Frank C. Pickard IV, Triet Friedhoff, Ieva Liepuoniute, Wade Davis, Gavin O. Jones, Alexey Galda,
• Abstract要約: ジアジリンおよびジアゾ化合物は、カルベンを生成するための光反応性前駆体として広く用いられている。 本研究では, 代表的なジアジリン-ジアゾメタン系におけるカルベン生成の研究に, ハイブリッド量子古典ワークフローを利用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Diazirines and diazo compounds are widely employed as photoreactive precursors for generating carbenes, key intermediates in chemical biology and materials science. However, computationally modeling their reaction pathways remains challenging due to a need for large active spaces and the requirement to accurately capture excited-state surfaces along with transition states and conical intersections. In this work, we utilize a hybrid quantum-classical workflow for investigating carbene formation in representative diazirine-diazomethane systems. Our approach leverages Sample-based Quantum Diagonalization (SQD) and its extended variant (Ext-SQD) for ground and excited-state analysis, combined with classical tools for geometry optimization, active-space selection, and diagnostic evaluation. Quantum computations were carried out on superconducting quantum processors, and results for both aliphatic and aryl-substituted diazirine-diazomethane pairs were benchmarked against established classical methods, including DFT, CCSD, CASCI, and SCI. SQD achieves accuracy surpassing the chemical accuracy threshold for nearly all stationary points on the potential energy surface of parent diazirine relative to the CASCI(12,10) reference, and remains close to chemical accuracy for phenyl-substituted diazirine in a (30,30) active space, with an average deviation of 1.1 kcal/mol relative to the SCI benchmark. SQD closely follows CASCI and SCI trends, showing consistent agreement. The findings demonstrate the promise of quantum computing frameworks in modeling photochemical transformations of electronically complex and pharmacologically relevant molecules.
• Abstract（参考訳）: ジアジリンやジアゾ化合物は、化学生物学や材料科学において重要な中間体であるカルベンを生成するための光反応性前駆体として広く用いられている。 しかし、大きな活性空間が必要であり、遷移状態や円錐交叉とともに励起状態の表面を正確に捉える必要があるため、それらの反応経路を計算的にモデル化することは依然として困難である。 本研究では, 代表的なジアジリン-ジアゾメタン系におけるカルベン生成の研究に, ハイブリッド量子古典ワークフローを利用する。 提案手法は,SQD(Sample-based Quantum Diagonalization)とExt-SQD(Ext-SQD)を基底および励起状態解析に利用し,幾何最適化,能動空間選択,診断評価などの古典的なツールと組み合わせたものである。 超伝導量子プロセッサ上で量子計算を行い, DFT, CCSD, CASCI, SCIなどの従来の方法と比較した。 SQDは、CASCI(12,10)基準に対する親ジアジリンのポテンシャルエネルギー面上のほぼ全ての定常点の化学的精度閾値を超える精度を達成し、SCIベンチマークに対する平均偏差1.1 kcal/molの活性空間におけるフェニル置換ジアジリンの化学的精度に近づいたままである。 SQDはCASCIとSCIのトレンドに密接に従い、一貫した合意を示している。 この結果は、電子的に複雑な分子と薬理学的に関連する分子の光化学変換をモデル化する際の量子コンピューティングフレームワークの可能性を実証している。

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