論文の概要: Fragmentation of Virtual Orbitals for Quantum Computing: Reducing Qubit Requirements through Many-Body Expansion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20950v1
• Date: Thu, 23 Oct 2025 19:22:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 09:00:15.301323
• Title: Fragmentation of Virtual Orbitals for Quantum Computing: Reducing Qubit Requirements through Many-Body Expansion
• Title（参考訳）: 量子コンピューティングのための仮想軌道の断片化:多体展開による量子ビット要求の低減
• Authors: Federico Zahariev, Mark S. Gordon,
• Abstract要約: 本研究は、量子ビット要求を40～66%削減する体系的なアプローチである仮想軌道フラグメンテーション(FVO)法を紹介する。 この方法は、仮想軌道空間を化学的に直感的な断片に分割し、多体展開技術を用いる。 階層的なQ-EFMO-FVOアプローチは、完全な計算と比較して96-100%の精度を達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The development of quantum computing for molecular simulations is constrained by the limited number of qubits available on current Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. The present work introduces the Virtual Orbital Fragmentation (FVO) method, a systematic approach that reduces qubit requirements by 40--66\% while maintaining chemical accuracy. The method partitions the virtual orbital space into chemically intuitive fragments and employs many-body expansion techniques analogous to spatial fragmentation methods. Applications to six molecular systems demonstrate that the 2-body FVO expansion achieves errors below 3 kcal/mol, while the 3-body expansion provides sub-kcal/mol accuracy. When integrated with the Variational Quantum Eigensolver (VQE) and combined with the Effective Fragment Molecular Orbital (EFMO) method for multi-molecular systems, the hierarchical Q-EFMO-FVO approach achieves 96--100\% accuracy relative to full calculations. The method provides a practical pathway for quantum chemical calculations on current 50--100 qubit processors and establishes virtual orbital fragmentation as a complementary strategy to spatial fragmentation for managing quantum computational complexity.
• Abstract（参考訳）: 分子シミュレーションのための量子コンピューティングの開発は、現在のノイズ中間量子(NISQ)デバイスで利用可能な量子ビットの限られた数によって制限されている。 本研究は, 化学的精度を維持しつつ, キュービット要求を40-66\%削減するシステムアプローチである仮想軌道フラグメンテーション(FVO)法を紹介する。 この方法は、仮想軌道空間を化学的に直感的な断片に分割し、空間的断片化法に類似した多体展開技術を用いる。 6つの分子系への応用は、2体FVO展開が3kcal/mol未満の誤差を達成し、3体展開がサブkcal/mol精度を提供することを示した。 変分量子固有解法(VQE)と多分子系に対する有効フラグメント分子軌道法(EFMO)を併用することにより、階層的Q-EFMO-FVO法は、計算量に対して96～100倍の精度を実現し、現在の50〜100量子ビットプロセッサ上での量子化学計算の実用的な経路を提供し、空間的断片化を補完する戦略として仮想軌道フラグメンテーションを確立する。

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