論文の概要: Quantum Computing Approach to Atomic and Molecular Three-Body Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.18005v1
- Date: Mon, 20 Oct 2025 18:39:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-25 03:08:12.518306
- Title: Quantum Computing Approach to Atomic and Molecular Three-Body Systems
- Title（参考訳）: 原子・分子三体系への量子コンピューティングアプローチ
- Authors: Mohammad Haidar, Hugo D. Nogueira, J. -Ph. Karr,
- Abstract要約: 本稿では,三体原子と分子の高精度量子計算シミュレーションを提案する。
その結果、現在のノイズ中間量子(NISQ)デバイス上でのベンチマークと試験に優れた3体原子と分子が得られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present high-precision quantum computing simulations of three-body atoms (He, H$^-$) and molecules (H$_2^+$, HD$^+$), the latter being studied beyond the Born-Oppenheimer approximation. The Non-Iterative Disentangled Unitary Coupled Cluster Variational Quantum Eigensolver (NI-DUCC-VQE) [M. Haidar et al., Quantum Sci. Technol. 10, 025031 (2025)] is used. By combining a first-quantized Hamiltonian with a Minimal Complete Pool (MCP) of Lie-algebraic excitations, we construct a compact ansatz with a gradient-independent construction, avoiding costly gradient evaluations and yielding efficient computational scaling with both basis size and electron number. It avoids barren plateaus and enables rapid convergence, achieving energy errors as low as 10$^{-11}$ a.u. with state fidelities only limited by arithmetic precision in only a few thousand function evaluations in all four systems. These results make three-body atoms and molecules excellent candidates for benchmarking and testing on current Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. Further, our approach can be extended to more complex systems with larger basis sets, taking advantage of the efficient scaling of qubit requirements to study electronic correlations and non-adiabatic effects with high precision. We also demonstrate the applicability of NI-DUCC-VQE for simulating higher-order effects such as relativistic corrections and hyperfine interactions.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,3体原子 (He, H$^-$) と分子 (H$_2^+$, HD$^+$) の高精度量子計算シミュレーションについて述べる。
非Iterative Disentangled Unitary Coupled Cluster Variational Quantum Eigensolver (NI-DUCC-VQE) [M. Haidar et al , Quantum Sci. Technol. 10, 025031 (2025)] を用いる。
第1量子化ハミルトニアンとリー代数励起の最小完全プール(MCP)を組み合わせることで、勾配に依存しない構造でコンパクトなアンサッツを構築し、コストのかかる勾配評価を回避し、基底サイズと電子数の両方で効率的な計算スケーリングを得る。
これはバレンプラトーを回避し、急激な収束を可能にし、エネルギー誤差を10$^{-11}$ a.u.で達成する。
これらの結果から、現在のノイズ中間量子(NISQ)デバイス上でのベンチマークや試験に優れた3体原子や分子が得られた。
さらに、電子相関や非断熱効果を高精度に研究するために、量子ビット要求の効率的なスケーリングを生かして、より大規模な基底集合を持つより複雑なシステムに拡張することができる。
また、相対論的補正や超微細相互作用などの高次効果をシミュレートするためのNI-DUCC-VQEの適用性を示す。
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