論文の概要: Quantum-classical algorithm for Ewald summation based computation of long-range electrostatics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20886v1
• Date: Wed, 24 Dec 2025 02:06:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-25 19:43:21.653588
• Title: Quantum-classical algorithm for Ewald summation based computation of long-range electrostatics
• Title（参考訳）: Ewald summationに基づく長距離静電計算のための量子古典的アルゴリズム
• Authors: Mansur Ziiatdinov, Igor Novikov, Farid Ablayev, Valeri Barsegov,
• Abstract要約: 点電荷系のクーロン静電エネルギー計算のための量子アルゴリズムを提案する。 このアルゴリズムは量子コンピュータ上で全原子分子動力学シミュレーションを実行する際に実装できる。
• 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: Numerical exploration of large-size real biological systems requires computational power far exceeding that of modern classical computers. In computational molecular science, calculation of long-range electrostatic interactions between charged atoms - the strongest interactions in condensed phases, is a major bottleneck. Here, we propose a quantum algorithm for fast yet accurate computation of Coulomb electrostatic energy for a system of point charges. The algorithm employs the Ewald method based decomposition of electrostatic energy E into several energy terms, of which "the Fourier component" of E is computed in the algorithm proposed on a quantum device, utilizing the power of Quantum Fourier Transform. We demonstrate the algorithm's quantum advantage for a range of systems of point charges in the three-dimensional space when the number of charges (system size) N exceeds the number of grid points M, and show that the numerical error is rather small <0.1%. The algorithm can be implemented in running the all-atom Molecular Dynamics simulations on a quantum computer, thereby expanding the scope of applications of QFT methods in computational physics, chemistry, and biology.
• Abstract（参考訳）: 大規模生物系の数値的な探索は、現代のコンピュータよりもはるかに計算力を必要とする。 計算分子科学において、凝縮相における最も強い相互作用である荷電原子間の長距離静電相互作用の計算が主要なボトルネックである。 本稿では,点電荷系に対するクーロン静電エネルギーの高速かつ高精度な計算法を提案する。 このアルゴリズムは、E の「フーリエ成分」を量子デバイス上で提案したアルゴリズムで計算し、量子フーリエ変換のパワーを利用する。 電荷数(システムサイズ) N が格子点数 M を超える場合の3次元空間における点電荷の系に対するアルゴリズムの量子的優位性を示し、数値誤差が比較的小さい <0.1% であることを示す。 このアルゴリズムは量子コンピュータ上で全原子分子動力学シミュレーションを実行する際に実装することができ、計算物理学、化学、生物学におけるQFT法の適用範囲を広げることができる。

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