論文の概要: Efficient Simulation of Pre-Born-Oppenheimer Dynamics on a Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.11272v1
- Date: Wed, 11 Feb 2026 19:00:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-13 21:07:25.490047
- Title: Efficient Simulation of Pre-Born-Oppenheimer Dynamics on a Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるプレボン・オッペンハイマーダイナミクスの効率的なシミュレーション
- Authors: Matthew Pocrnic, Ignacio Loaiza, Juan Miguel Arrazola, Nathan Wiebe, Danial Motlagh,
- Abstract要約: アルゴリズムは、Born-Oppenheimer分子ハミルトニアンをブロックエンコードする最も優れたクラス効率を達成する。
我々は、科学的および工業的な化学反応のシリーズについて、我々のアプローチをベンチマークする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.39146761527401436
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In this work, we present a quantum algorithm for direct first-principles simulation of electron-nuclear dynamics on a first-quantized real-space grid. Our algorithm achieves best-in-class efficiency for block-encoding the pre-Born-Oppenheimer molecular Hamiltonian by harnessing the linear scaling of swap networks for implementing the quadratic number of particle interactions, while using a novel alternating sign implementation of the Coulomb interaction that exploits highly optimized arithmetic routines. We benchmark our approach for a series of scientifically and industrially relevant chemical reactions. We demonstrate over an order-of-magnitude reduction in costs compared to previous state-of-the-art for the $\rm NH_3+BF_3$ reaction, achieving a Toffoli cost of $8.7\times10^{9}$ per femtosecond using $1362$ logical qubits (system + ancillas). Our results significantly lower the resources required for fault-tolerant simulations of photochemical reactions, while providing a suite of algorithmic primitives that are expected to serve as foundational building blocks for a broader class of quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,第1量子化実空間格子上での電子核動力学直接シミュレーションのための量子アルゴリズムを提案する。
本アルゴリズムは,2次数の粒子相互作用を実装するためにスワップネットワークの線形スケーリングを利用するとともに,高度に最適化された演算ルーチンを利用するクーロン相互作用の交互化符号実装を用いて,プレボーン-オッペンハイマー分子ハミルトニアンをブロックエンコードする最も優れたクラス効率を実現する。
我々は、科学的および工業的な化学反応のシリーズについて、我々のアプローチをベンチマークする。
我々は,1フェムト秒あたり8.7\times10^{9}$1362$論理量子ビット(システム + アンシラ)のトフォリコストを達成し,前回の$\rm NH_3+BF_3$反応と比較して,コストのオーダー・オブ・マグニチュード削減を実証した。
本研究では,光化学反応のフォールトトレラントシミュレーションに必要な資源を著しく削減するとともに,より広範な量子アルゴリズムの基本的な構築ブロックとして機能するアルゴリズムプリミティブのスイートを提供する。
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