論文の概要: Quantum computation of molecular geometry via many-body nuclear spin echoes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.19550v1
• Date: Wed, 22 Oct 2025 13:03:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:15.817247
• Title: Quantum computation of molecular geometry via many-body nuclear spin echoes
• Title（参考訳）: 多体核スピンエコーによる分子幾何学の量子計算
• Authors: C. Zhang, R. G. Cortiñas, A. H. Karamlou, N. Noll, J. Provazza, J. Bausch, S. Shirobokov, A. White, M. Claassen, S. H. Kang, A. W. Senior, N. Tomašev, J. Gross, K. Lee, T. Schuster, W. J. Huggins, H. Celik, A. Greene, B. Kozlovskii, F. J. H. Heras, A. Bengtsson, A. Grajales Dau, I. Drozdov, B. Ying, W. Livingstone, V. Sivak, N. Yosri, C. Quintana, D. Abanin, A. Abbas, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, S. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, K. Arya, W. Askew, N. Astrakhantsev, J. Atalaya, B. Ballard, J. C. Bardin, H. Bates, M. Bigdeli Karimi, A. Bilmes, S. Bilodeau, F. Borjans, A. Bourassa, J. Bovaird, D. Bowers, L. Brill, P. Brooks, M. Broughton, D. A. Browne, B. Buchea, B. B. Buckley, T. Burger, B. Burkett, J. Busnaina, N. Bushnell, A. Cabrera, J. Campero, H. -S. Chang, S. Chen, Z. Chen, B. Chiaro, L. -Y. Chih, A. Y. Cleland, B. Cochrane, M. Cockrell, J. Cogan, R. Collins, P. Conner, H. Cook, W. Courtney, A. L. Crook, B. Curtin, S. Das, M. Damyanov, D. M. Debroy, L. De Lorenzo, S. Demura, L. B. De Rose, A. Di Paolo, P. Donohoe, A. Dunsworth, V. Ehimhen, A. Eickbusch, A. M. Elbag, L. Ella, M. Elzouka, D. Enriquez, C. Erickson, V. S. Ferreira, M. Flores, L. Flores Burgos, E. Forati, J. Ford, A. G. Fowler, B. Foxen, M. Fukami, A. W. L. Fung, L. Fuste, S. Ganjam, G. Garcia, C. Garrick, R. Gasca, H. Gehring, R. Geiger, É. Genois, W. Giang, C. Gidney, D. Gilboa, J. E. Goeders, E. C. Gonzales, R. Gosula, S. J. de Graaf, D. Graumann, J. Grebel, J. Guerrero, J. D. Guimarães, T. Ha, S. Habegger, T. Hadick, A. Hadjikhani, M. P. Harrigan, S. D. Harrington, J. Hartshorn, S. Heslin, P. Heu, O. Higgott, R. Hiltermann, J. Hilton, H. -Y. Huang, M. Hucka, C. Hudspeth, A. Huff, E. Jeffrey, S. Jevons, Z. Jiang, X. Jin, C. Joshi, P. Juhas, A. Kabel, H. Kang, K. Kang, R. Kaufman, K. Kechedzhi, T. Khattar, M. Khezri, S. Kim, R. King, O. Kiss, P. V. Klimov, C. M. Knaut, B. Kobrin, F. Kostritsa, J. M. Kreikebaum, R. Kudo, B. Kueffler, A. Kumar, V. D. Kurilovich, V. Kutsko, N. Lacroix, D. Landhuis, T. Lange-Dei, B. W. Langley, P. Laptev, K. -M. Lau, L. Le Guevel, J. Ledford, J. Lee, B. J. Lester, W. Leung, L. Li, W. Y. Li, M. Li, A. T. Lill, M. T. Lloyd, A. Locharla, D. Lundahl, A. Lunt, S. Madhuk, A. Maiti, A. Maloney, S. Mandra, L. S. Martin, O. Martin, E. Mascot, P. Masih Das, D. Maslov, M. Mathews, C. Maxfield, J. R. McClean, M. McEwen, S. Meeks, K. C. Miao, R. Molavi, S. Molina, S. Montazeri, C. Neill, M. Newman, A. Nguyen, M. Nguyen, C. -H. Ni, M. Y. Niu, L. Oas, R. Orosco, K. Ottosson, A. Pagano, S. Peek, D. Peterson, A. Pizzuto, E. Portoles, R. Potter, O. Pritchard, M. Qian, A. Ranadive, M. J. Reagor, R. Resnick, D. M. Rhodes, D. Riley, G. Roberts, R. Rodriguez, E. Ropes, E. Rosenberg, E. Rosenfeld, D. Rosenstock, E. Rossi, D. A. Rower, M. S. Rudolph, R. Salazar, K. Sankaragomathi, M. C. Sarihan, K. J. Satzinger, M. Schaefer, S. Schroeder, H. F. Schurkus, A. Shahingohar, M. J. Shearn, A. Shorter, N. Shutty, V. Shvarts, S. Small, W. C. Smith, D. A. Sobel, R. D. Somma, B. Spells, S. Springer, G. Sterling, J. Suchard, A. Szasz, A. Sztein, M. Taylor, J. P. Thiruraman, D. Thor, D. Timucin, E. Tomita, A. Torres, M. M. Torunbalci, H. Tran, A. Vaishnav, J. Vargas, S. Vdovichev, G. Vidal, C. Vollgraff Heidweiller, M. Voorhees, S. Waltman, J. Waltz, S. X. Wang, B. Ware, J. D. Watson, Y. Wei, T. Weidel, T. White, K. Wong, B. W. K. Woo, C. J. Wood, M. Woodson, C. Xing, Z. J. Yao, P. Yeh, J. Yoo, E. Young, G. Young, A. Zalcman, R. Zhang, Y. Zhang, N. Zhu, N. Zobrist, Z. Zou, G. Bortoli, S. Boixo, J. Chen, Y. Chen, M. Devoret, M. Hansen, C. Jones, J. Kelly, P. Kohli, A. Korotkov, E. Lucero, J. Manyika, Y. Matias, A. Megrant, H. Neven, W. D. Oliver, G. Ramachandran, R. Babbush, V. Smelyanskiy, P. Roushan, D. Kafri, R. Sarpong, D. W. Berry, C. Ramanathan, X. Mi, C. Bengs, A. Ajoy, Z. K. Minev, N. C. Rubin, T. E. O'Brien,
• Abstract要約: ネマティック液晶に懸濁した2つの有機分子に対して, OTOCs[1-4]の測定を行った。 我々は、OTOC測定を用いて分子動力学モデルを強化し、基礎となる力場における既知の近似を補正する。 上記のOTOCデータを解釈する指数関数的な古典的コストを改善するため、Wilow超伝導量子プロセッサ上で分子OTOCをシミュレートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.7653842431556805
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum-information-inspired experiments in nuclear magnetic resonance spectroscopy may yield a pathway towards determining molecular structure and properties that are otherwise challenging to learn. We measure out-of-time-ordered correlators (OTOCs) [1-4] on two organic molecules suspended in a nematic liquid crystal, and investigate the utility of this data in performing structural learning tasks. We use OTOC measurements to augment molecular dynamics models, and to correct for known approximations in the underlying force fields. We demonstrate the utility of OTOCs in these models by estimating the mean ortho-meta H-H distance of toluene and the mean dihedral angle of 3',5'-dimethylbiphenyl, achieving similar accuracy and precision to independent spectroscopic measurements of both quantities. To ameliorate the apparent exponential classical cost of interpreting the above OTOC data, we simulate the molecular OTOCs on a Willow superconducting quantum processor, using AlphaEvolve-optimized [5] quantum circuits and arbitrary-angle fermionic simulation gates. We implement novel zero-noise extrapolation techniques based on the Pauli pathing model of operator dynamics [6], to repeat the learning experiments with root-mean-square error $0.05$ over all circuits used. Our work highlights a computational protocol to interpret many-body echoes from nuclear magnetic systems using low resource quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 核磁気共鳴分光法における量子情報に触発された実験は、他の方法では学習が困難である分子構造と性質を決定するための経路をもたらす可能性がある。 ネマティック液晶に懸濁した2つの有機分子上でのOTOC(out-of-time-ordered correlator) [1-4]を測定し, 構造学習におけるこのデータの有用性について検討した。 我々は、OTOC測定を用いて分子動力学モデルを強化し、基礎となる力場における既知の近似を補正する。 これらのモデルにおけるOTOCの有効性は、トルエンの平均直交H-H距離と3',5'-ジメチルビフェニルの平均二面角を推定し、両量の独立分光計測に類似した精度と精度を実現することにより示される。 上記のOTOCデータを解釈する指数関数的古典的コストを改善するために、AlphaEvolve最適化[5]量子回路と任意の角度フェルミオンシミュレーションゲートを用いて、ウィロー超伝導量子プロセッサ上の分子OTOCをシミュレートする。 演算子のパウリパスモデル [6] に基づく新しいゼロノイズ外挿法を実装し, 使用した全ての回路に対して, ルート平均二乗誤差0.05ドルの学習実験を繰り返す。 我々の研究は、低リソースの量子計算を用いて、核磁気システムから多体エコーを解釈する計算プロトコルを強調した。

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