論文の概要: Chemically decisive benchmarks on the path to quantum utility
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.10813v1
- Date: Thu, 15 Jan 2026 19:24:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-19 20:21:50.272147
- Title: Chemically decisive benchmarks on the path to quantum utility
- Title（参考訳）: 量子ユーティリティへの道の化学的決定的ベンチマーク
- Authors: Srivathsan Poyyapakkam Sundar, Vibin Abraham, Bo Peng, Ayush Asthana,
- Abstract要約: 分子, 無機, 重元素化学に関連する電子相関の異なる構造を探索するために設計されたベンチマークシステムのキュレートされた階層を導入する。
我々のベンチマークセットは、多重参照結合破壊(N$$)、高スピン遷移金属化学(FeS)、生物学的に関係のある鉄-硫黄クラスター([2Fe-2S])、アクチニドアクチニド結合(U$$$)にまたがる。
具体的実現として、我々は、ジェネレータにインスパイアされた部分空間展開に基づく、最近開発された自動適応量子アルゴリズムをベンチマークした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.186218508509959
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Progress towards quantum utility in chemistry requires not only algorithmic advances, but also the identification of chemically meaningful problems whose electronic structure fundamentally challenges classical methods. Here, we introduce a curated hierarchy of chemically decisive benchmark systems designed to probe distinct regimes of electronic correlation relevant to molecular, bioinorganic, and heavy-element chemistry. Moving beyond minimal toy models, our benchmark set spans multireference bond breaking (N$_2$), high-spin transition-metal chemistry (FeS), biologically relevant iron-sulfur clusters ([2Fe-2S]), and actinide-actinide bonding (U$_2$), which exhibits extreme sensitivity to active-space choice, relativistic treatment, and correlation hierarchy even within advanced multireference frameworks. As a concrete realization, we benchmark a recently developed automated and adaptive quantum algorithm based on generator-coordinate-inspired subspace expansion,ADAPT-GCIM, using a black-box workflow that integrates entropy-based active-space selection via the ActiveSpaceFinder tool. Across this chemically diverse problem set, ADAPT-GCIM achieves high accuracy in challenging correlation regimes. Equally importantly, these benchmarks expose general failure modes and design constraints-independent of any specific algorithm-highlighting the necessity of problem-aware and correlation-specific strategies for treating strongly correlated chemistry on quantum computers. To support systematic benchmarking and reproducible comparisons, the Hamiltonians for all systems studied are made openly available.
- Abstract（参考訳）: 化学における量子ユーティリティの進歩は、アルゴリズムの進歩だけでなく、電子構造が古典的手法に根本的に挑戦する化学的に有意義な問題の同定も必要である。
本稿では, 分子, 無機, 重元素化学に関連する電子相関の異なる規則を解明するために, 化学決定性ベンチマークシステムのキュレートされた階層を導入する。
最小限の玩具モデルを超えて、我々のベンチマークセットは、多参照結合破壊(N$_2$)、高スピン遷移金属化学(FeS)、生物学的に関連のある鉄-硫黄クラスター([2Fe-2S])、アクチニド-アクチニド結合(U$_2$)にまたがる。
具体化として、我々はActiveSpaceFinderツールを介してエントロピーベースのアクティブスペース選択を統合するブラックボックスワークフローを用いて、ジェネレータにインスパイアされたサブスペース拡張(ADAPT-GCIM)に基づく、最近開発された自動適応量子アルゴリズムをベンチマークした。
この化学的に多様な問題に対して、ADAPT-GCIMは高い精度で相関に挑戦する。
同様に、これらのベンチマークは、特定のアルゴリズムに依存しない一般的な障害モードと設計制約を公開し、量子コンピュータ上で強相関化学を扱うための問題認識および相関特異的戦略の必要性を強調している。
体系的なベンチマークと再現可能な比較をサポートするために、研究対象のすべてのシステムに対するハミルトン派が公開されている。
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