論文の概要: Quantum algorithm for simulating resonant inelastic X-ray scattering in battery materials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.20270v1
- Date: Mon, 23 Feb 2026 19:01:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-25 17:34:53.488894
- Title: Quantum algorithm for simulating resonant inelastic X-ray scattering in battery materials
- Title（参考訳）: 電池材料の共鳴非弾性X線散乱シミュレーションのための量子アルゴリズム
- Authors: Ignacio Loaiza, Alexander Kunitsa, Stepan Fomichev, Danial Motlagh, Diksha Dhawan, Soran Jahangiri, Juliane Holst Fuglsbjerg, Artur Izmaylov, Nathan Wiebe, Yaser Abu-Lebdeh, Juan Miguel Arrazola, Alain Delgado,
- Abstract要約: 分子クラスターのRIXSスペクトルをシミュレーションする量子アルゴリズムを提案する。
20の軌道を持つ古典的に挑戦的な活動空間の場合、アルゴリズムはトーフォリゲートの2.0倍、1010ドル、論理量子ビットの414ドルを必要とする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.33036224660887
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) is the workhorse experimental technique for probing the structural degradation of higher-capacity cathode materials. However, the interpretation of experimental spectra is challenging due to the lack of accurate simulations. In this work, we propose a quantum algorithm for simulating the RIXS spectrum of molecular clusters hypothesized to form in Li-excess cathodes. The algorithm uses quantum phase estimation to sample the spectrum from a state encoding the scattering transition amplitudes of the cluster valence excitations. We prepare this state in the quantum computer using a block-encoding of the dipole operator and quantum signal processing to implement the Green's function propagator over intermediate core-excited states. To showcase the algorithm, we use a model cluster proposed in recent experimental works consisting of an oxygen dimer bonded to a manganese atom. Using the PennyLane software platform, we report resource estimation for simulating RIXS spectra for chemically motivated active spaces of increasing sizes. For a classically challenging active space with 20 orbitals, the algorithm requires $2.0 \times 10^{10}$ Toffoli gates and $414$ logical qubits.
- Abstract（参考訳）: 共鳴非弾性X線散乱(Resonant inelastic X-ray scattering, RIXS)は、高容量陰極材料の構造劣化を解明するための研究手法である。
しかし、正確なシミュレーションがないため、実験スペクトルの解釈は困難である。
本研究では,Li過剰陰極に形成されると仮定された分子クラスターのRIXSスペクトルをシミュレーションする量子アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは量子位相推定を用いて、クラスター価励起の散乱遷移振幅をコードする状態からスペクトルをサンプリングする。
我々は、中間コア励起状態上のグリーン関数プロパゲータを実装するために、双極子演算子のブロック符号化と量子信号処理を用いて、量子コンピュータにおけるこの状態を作成する。
このアルゴリズムを実証するために,マンガン原子に結合した酸素二量体からなる最近の実験で提案されたモデルクラスターを用いる。
我々は,PennyLaneソフトウェアプラットフォームを用いて,RIXSスペクトルをシミュレーションするための資源推定を報告した。
20の軌道を持つ古典的に挑戦的な活動空間の場合、このアルゴリズムは 20 の時間 10^{10}$ Toffoli ゲートと 414$ 論理量子ビットを必要とする。
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