論文の概要: Using bosons to improve resource efficiency of quantum simulation of vibronic molecular dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20828v1
- Date: Tue, 23 Dec 2025 23:05:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.628876
- Title: Using bosons to improve resource efficiency of quantum simulation of vibronic molecular dynamics
- Title（参考訳）: ボソンを用いたビブロニック分子動力学の量子シミュレーションの資源効率向上
- Authors: Henry L. Nourse, Vanessa C. Olaya-Agudelo, Ivan Kassal,
- Abstract要約: 量子コンピュータでは、化学力学は普遍的、量子ビットのみのデバイスまたは特殊な混合量子ボソン(MQB)シミュレータを用いて効率的にシミュレートすることができる。
我々は、量子ビットのみのアプローチに必要な量子資源を比較し、非断熱的分子動力学をシミュレートするMQBデバイスと同じ精度を実現する。
- 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: Simulating chemical dynamics is computationally challenging, especially for nonadiabatic dynamics, where numerically exact classical simulations scale exponentially with system size, becoming intractable for even small molecules. On quantum computers, chemical dynamics can be simulated efficiently using either universal, qubit-only devices or specialized mixed-qudit-boson (MQB) simulators, which natively host electronic and vibrational degrees of freedom. Here, we compare the quantum resources required for a qubit-only approach to achieve the same accuracy as an MQB device at simulating nonadiabatic molecular dynamics. We find that MQB simulations require orders-of-magnitude fewer quantum operations than qubit-only simulations, with a one-gate MQB circuit requiring a qubit-equivalent circuit volume of over 400,000 when simulating an isolated molecule, which increases to over ten million when environmental effects are included. These estimates assume perfect qubits and gates, and would increase by additional orders of magnitude if error correction were used for fault tolerance. When errors are small, the advantage of MQB simulators becomes even larger as system size increases. Our results highlight the enormous resource advantages of representing non-qubit chemical degrees of freedom natively, rather than encoding them into qubits.
- Abstract（参考訳）: 化学力学のシミュレーションは計算的に困難であり、特に非断熱力学では、数値的に正確な古典的シミュレーションがシステムサイズと指数関数的にスケールし、小さな分子でも難解になる。
量子コンピュータでは、化学力学は普遍的、量子ビットのみのデバイスまたは電子的および振動的自由度をネイティブにホストする特殊な混合量子ボソン(MQB)シミュレータを用いて効率的にシミュレートすることができる。
ここでは、量子ビットのみのアプローチに必要な量子リソースを比較し、非断熱的分子動力学をシミュレートするMQBデバイスと同じ精度を実現する。
また, 1ゲートのMQB回路は, 孤立分子を模擬する場合に40,000以上の量子ビット等価回路容量を必要とするため, 環境効果が伴うと1000万以上増加する。
これらの推定は完全量子ビットとゲートを仮定し、エラー修正が耐障害性に使われた場合、さらに桁違いに増加する。
エラーが小さくなると、MQBシミュレータの利点はさらに大きくなる。
この結果は、量子ビットにエンコードするのではなく、非量子化学的な自由度をネイティブに表現するという、膨大なリソースの利点を浮き彫りにした。
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