論文の概要: Computing the molecular ground state energy in a restricted active space using quantum annealing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.11757v1
- Date: Fri, 12 Dec 2025 18:08:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-15 15:48:11.864166
- Title: Computing the molecular ground state energy in a restricted active space using quantum annealing
- Title（参考訳）: 量子アニールを用いた制限された活性空間における分子基底状態エネルギーの計算
- Authors: Stefano Bruni, Enrico Prati,
- Abstract要約: 分子基底状態エネルギーの計算は、計算化学における中心的な課題である。
量子コンピューティングは、量子ビットで分子ハミルトニアンをマッピングすることで、有望な代替手段を提供する。
従来の研究では、分子基底状態の計算を離散最適化問題として定式化できることが示されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6445605125467574
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Calculating the molecular ground-state energy is a central challenge in computational chemistry. Conventional methods such as the Complete Active Space Configuration Interaction scale exponentially with molecular size, limiting their applicability to large molecules. Quantum computing offers a promising alternative by mapping molecular Hamiltonians by qubits, enabling cheaper computational scaling. Previous studies have shown that it is possible to formulate molecular ground state calculations as discrete optimization problems, addressable by quantum annealing. However, these efforts have been limited by previous generations of hardware and suboptimal annealing techniques. Here, the $H_{2}O$ ground-state problem is mapped to an Ising Hamiltonian using the Xian-Bias-Kas (XBK) method. By taking advantage of enhanced qubit connectivity and shorter embedding chains, it is solved with a more than doubled probability of achieving Hartree-Fock-level solutions with respect to the most advanced predecessor. Advanced annealing strategies extend Hartree-Fock-level accuracy to significantly larger problem instances, enabling solutions that use nearly 2.5 times more physically embedded qubits than the largest cases previously reported and allowing to improve annealing results by two orders of magnitude, reaching an energy difference of 0.120~Hartree relative to Hartree-Fock. These results show tangible progress toward practical quantum annealing applications in NISQ era.
- Abstract（参考訳）: 分子基底状態エネルギーの計算は、計算化学における中心的な課題である。
Complete Active Space Configuration Interaction(英語版)のような従来の手法は、分子サイズと指数関数的にスケールし、大きな分子に適用性を制限する。
量子コンピューティングは、量子ビットで分子ハミルトニアンをマッピングすることで、より安価な計算スケーリングを可能にする、有望な代替手段を提供する。
従来の研究では、分子基底状態の計算を離散最適化問題として定式化することは可能であり、量子アニールにより解決可能であることが示されている。
しかし、これらの取り組みは以前の世代のハードウェアや準最適焼鈍技術によって制限されてきた。
ここでは、$H_{2}O$の基底状態問題は、Xian-Bias-Kas (XBK) 法を用いてイジン・ハミルトンに写像される。
拡張された量子ビット接続と短い埋め込みチェーンを利用することで、最も先進的な先駆者に対してハーツリー・フォックレベルの解を得る確率を2倍以上にすることで解決される。
高度なアニーリング戦略は、Hartree-Fockレベルの精度をはるかに大きな問題インスタンスにまで拡張し、これまで報告された最も大きなケースよりも2.5倍近い物理的に埋め込まれたキュービットを使用するソリューションを可能にし、2桁のアニーリング結果の改善を可能にし、Hartree-Fockに対するエネルギー差0.120~Hartreeに達する。
これらの結果から, NISQ時代における実用的量子アニールへの応用に向けた具体的な進展が示唆された。
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