論文の概要: Quantum Computing for Electronic Circular Dichroism Spectrum Prediction of Chiral Molecules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.03710v1
• Date: Tue, 03 Feb 2026 16:33:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.577656
• Title: Quantum Computing for Electronic Circular Dichroism Spectrum Prediction of Chiral Molecules
• Title（参考訳）: キラル分子の電子円二色性スペクトル予測のための量子計算
• Authors: Amandeep Singh Bhatia, Sabre Kais,
• Abstract要約: 分子特性を計算し、ECDスペクトルを予測するために、変動量子フレームワークと運動フォーマリズムの量子方程式を組み合わせて導入する。 拡張活性空間へアクセスする12種類のキラル薬物分子に有効であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Electronic circular dichroism (ECD) spectroscopy captures the chiroptical response of molecules, enabling absolute configuration assignment that is vital for enantioselective synthesis and drug design. The practical use of ECD spectra in predictive modeling remains restricted, as existing approaches offer limited confidence for chiral discrimination. By contrast, theoretical ECD calculations demand substantial computational effort rooted in electronic structure theory, which constrains their scalability to larger chemically diverse molecules. These limitations underscore the need for computational approaches that retain first principles physical rigor while enabling efficient and scalable prediction. Motivated by recent advances in quantum algorithms for chemistry, we introduce a variational quantum framework combined with the quantum equation of motion formalism to compute molecular properties and predict ECD spectra, implemented within a multi GPU or QPU accelerated hybrid quantum/classical workflow. We demonstrate its efficient applicability on 12 clinically relevant chiral drug molecules accessing expanded active spaces. The proposed framework is assessed by comparison with established classical wavefunction based methods, employing Coupled Cluster Singles and Doubles (CCSD) for ground-state energy benchmarks and Complete Active Space Configuration Interaction (CASCI) as the reference method for excited state energies and chiroptical properties within the same active orbital space. Notably, the quantum computed ECD spectra, obtained from chemically relevant active spaces mapped onto quantum circuits of approximately 20 to 24 qubits, exhibit near quantitative agreement with classical reference calculations, accurately reproducing spectral line shapes, Cotton effect signs, and relative peak intensities.
• Abstract（参考訳）: 電子円二色性分光法(ECD)は分子の光学的応答を捉え、エナンチオ選択的合成と薬物設計に不可欠な絶対的な配置割り当てを可能にする。 予測モデルにおけるECDスペクトルの実用的利用は、既存のアプローチではキラル識別に対する信頼性が制限されているため、依然として制限されている。 対照的に、理論的ECD計算は電子構造理論に根ざした相当な計算努力を必要としており、そのスケーラビリティはより大きな化学的に多様な分子に制限されている。 これらの制限は、効率的でスケーラブルな予測を可能にしながら、第一原理の物理的厳密さを維持する計算アプローチの必要性を浮き彫りにしている。 近年の化学における量子アルゴリズムの進歩により,分子特性を計算し,マルチGPUやQPU加速ハイブリッド量子/古典的ワークフロー内に実装されたECDスペクトルを予測するために,運動形式方程式の量子方程式と組み合わせた変分量子フレームワークが導入された。 拡張活性空間へアクセスする12種類のキラル薬物分子に有効であることを示す。 提案手法は、基底状態エネルギーベンチマークに結合クラスタ・シングルとダブル(CCSD)を用い、同じ活性軌道空間内での励起状態エネルギーとカイロ光学特性の基準手法として完全アクティブ空間構成相互作用(CASCI)を用いて、確立された古典的波動関数に基づく手法との比較により評価される。 特に、約20〜24キュービットの量子回路にマッピングされた化学関連活性空間から得られた量子計算ECDスペクトルは、古典的な基準計算とほぼ一致し、スペクトル線形状、コットン効果標識、相対ピーク強度を正確に再現する。

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