論文の概要: Extending the Handover-Iterative VQE to Challenging Strongly Correlated Systems: $N_2$ and Fe-S Cluster
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.06935v1
- Date: Sun, 11 Jan 2026 14:51:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-13 19:08:01.074064
- Title: Extending the Handover-Iterative VQE to Challenging Strongly Correlated Systems: $N_2$ and Fe-S Cluster
- Title（参考訳）: 強相関系へのハンドオーバイテレーティブVQEの拡張:$N_2$とFe-Sクラスタ
- Authors: Pilsun Yoo, Kyungmin Kim, Eyuel E. Elala, Shane McFarthing, Aidan Pellow, Johanna I. Fuks, Doo Hyung Kang, Pratanphorn Nakliang, Jaewan Kim, Himadri Pathak, Tomonori Shirakawa, Seiji Yunoki, June-Koo Kevin Rhee,
- Abstract要約: 本稿では、反復的な「ハンドオーバー」機構を持つ実用的な量子コンピューティングアルゴリズムとして、ハンドオーバー・イテレーティブな変分量子固有解法(HI-VQE)を導入する。
我々は窒素分子$N$と鉄硫黄(Fe-S)クラスターの2つの強い相関系をベンチマークした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.467148411642925
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Accurately describing strongly correlated electronic systems remains a central challenge in quantum chemistry, as electron-electron interactions give rise to complex many-body wavefunctions that are difficult to capture with conventional approximations. Classical wavefunction-based approaches, such as the Semistochastic Heat-bath Configuration Interaction (SHCI) and the Density Matrix Renormalization Group (DMRG), currently define the state of the art, systematically converging toward the Full Configuration Interaction (FCI) limit, but at a rapidly increasing computational cost. Quantum computing algorithms promise to alleviate this scaling bottleneck by leveraging entanglement and superposition to represent correlated states more compactly. We introduced the Handover-Iterative Variational Quantum Eigensolver (HI-VQE) as a practical quantum computing algorithm with an iterative "handover" mechanism that dynamically exchanges information between quantum and classical computers, even using Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers. In this work, we extend the HI-VQE to benchmark two prototypical strongly correlated systems, the nitrogen molecule $N_2$ and iron-sulfur (Fe-S) cluster, which serve as stringent tests for both classical and quantum electronic-structure methods. By comparing HI-VQE results against Heat-bath Configuration Interaction (HCI) benchmarks, we assess its accuracy, scalability, and ability to capture multireference correlation effects. Achieving quantitative agreement on these canonical systems demonstrates a viable pathway toward quantum-enhanced simulations of complex bioinorganic molecules, catalytic mechanisms, and correlated materials.
- Abstract（参考訳）: 電子-電子相互作用は、従来の近似で捉えるのが難しい複雑な多体波動関数を引き起こすため、強く相関する電子系を正確に記述することは量子化学における中心的な課題である。
半確率的熱バス構成相互作用 (SHCI) や密度行列再正規化群 (DMRG) のような古典的な波動関数に基づくアプローチは、現在、フル構成相互作用 (FCI) の限界に対して体系的に収束する最先端技術を定義するが、計算コストは急速に増大している。
量子コンピューティングアルゴリズムは、絡み合いと重畳を利用して、相関状態をよりコンパクトに表現することで、このスケーリングボトルネックを軽減することを約束する。
我々は,量子コンピュータと古典コンピュータの間で動的に情報を交換する反復的「ハンドオーバー」機構を備えた実用的な量子計算アルゴリズムとして,HI-VQE(Handover-Iterative Variational Quantum Eigensolver)を導入した。
本研究は, HI-VQEを拡張し, 窒素分子$N_2$と鉄硫黄(Fe-S)クラスターという, 古典的および量子的電子構造測定法の厳密な試験として機能する2つの原型相関系をベンチマークする。
HI-VQEをHCI(Heat-bath Configuration Interaction)ベンチマークと比較することにより、その精度、スケーラビリティ、マルチ参照相関効果を捉える能力を評価する。
これらの標準系に関する定量的な合意を得ることは、複雑な生体無機分子、触媒機構、および関連物質の量子化シミュレーションへの有効な経路を示す。
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