論文の概要: Quantum simulation of actinide chemistry: towards scalable algorithms on trapped ion quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.25675v1
- Date: Wed, 29 Oct 2025 16:42:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-30 18:06:02.065564
- Title: Quantum simulation of actinide chemistry: towards scalable algorithms on trapped ion quantum computers
- Title（参考訳）: アクチニド化学の量子シミュレーション--イオン量子コンピュータのスケーラブル化に向けて
- Authors: Kesha Sorathia, Cono Di Paola, Gabriel Greene-Diniz, Carlo A. Gaggioli, David Zsolt Manrique, Joe Gibbs, Sean Harding, Thomas M. Soini, Neil Gaspar, Robert Harker, Mark Storr, David Munoz Ramo,
- Abstract要約: 本稿では、量子位相推定(QPE)の単一アンシラバージョンと量子計算モーメント(QCM)の方法を比較する。
我々は、一連の代表的な化学モデルから電子構造記述を導き、最大19キュービットの量子量子ビットを用いた量子実験からエネルギーを計算した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Due to the wide range of technical applications of actinide elements, a thorough understanding of their electronic structure could complement technological improvements in many different areas. Quantum computing could greatly aid in this understanding, as it can potentially provide exponential speedups over classical approaches, thereby offering insights into the complex electronic structure of actinide compounds. As a first foray into quantum computational chemistry of actinides, this paper compares the method of quantum computed moments (QCM) as a noisy intermediate-scale quantum algorithm with a single-ancilla version of quantum phase estimation (QPE), a quantum algorithm expected to run on fault-tolerant quantum computers. We employ these algorithms to study the reaction energetics of plutonium oxides and hydrides. In order to enable quantum hardware experiments, we use several techniques to reduce resource requirements: screening individual Hamiltonian Pauli terms to reduce the measurement requirements of QCM and variational compilation to reduce the depth of QPE circuits. Finally, we derive electronic structure descriptions from a series of representative chemical models and compute the energetics from quantum experiments on Quantinuum's H-series ion trap devices using up to 19 qubits. We find our experiments to be in excellent agreement with results from classical electronic structure calculations and state vector simulations.
- Abstract（参考訳）: アクチニド元素の幅広い技術応用により、その電子構造を徹底的に理解することは、多くの分野における技術的改善を補完する可能性がある。
量子コンピューティングは、古典的なアプローチよりも指数関数的なスピードアップを提供する可能性があり、これによりアクチノイド化合物の複雑な電子構造に関する洞察を与えることができるため、この理解に大いに役立つ。
アクチニドの量子計算化学への第一歩として、量子計算モーメント(QCM)の手法をノイズの多い中間スケール量子アルゴリズムと、フォールトトレラントな量子コンピュータ上で動作することが期待される量子位相推定(QPE)の単一アンシラバージョンと比較する。
我々はこれらのアルゴリズムを用いて酸化プルトニウムと水和物の反応エネルギーを研究する。
量子ハードウェア実験を実現するために、各ハミルトン・パウリ項をスクリーニングし、QCMの測定要求を減らし、QPE回路の深さを減らした。
最後に, 代表的な化学モデルから電子構造記述を導出し, 最大19量子ビットを用いたQuantinuumのH系列イオントラップ装置の量子実験からエネルギーを計算した。
実験は古典電子構造計算や状態ベクトルシミュレーションの結果とよく一致している。
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