論文の概要: Reaction-Level Consistency within the Variational Quantum Eigensolver: Homodesmotic Ring Strain Energies of Cyclic Hydrocarbons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.12737v1
• Date: Fri, 13 Mar 2026 07:32:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-16 17:38:11.966481
• Title: Reaction-Level Consistency within the Variational Quantum Eigensolver: Homodesmotic Ring Strain Energies of Cyclic Hydrocarbons
• Title（参考訳）: 変量量子固有溶媒における反応レベル整合性:環状炭化水素の等温環ひずみエネルギー
• Authors: L. Roy, M. Sarkar, M. Tewari, A. Kumar, M. Paranjothy,
• Abstract要約: 我々は, 対称誘導型活性空間選択プロトコルを用いて, 複素炭化水素の環ひずみエネルギーをホモデマティック反応法を用いて計算する。 このプロトコルは、すべての反応物と生成物間で対称性の整合性を強制し、同じ対称性の一致した分数(SMF)値を生成する活性空間を選択する。 分子複雑性の増大に伴う系統的な性能は、ホモデスメティックな反応設計と対称性を持つVQE計算を組み合わせることの有効性を強調している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.548381396085253
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulation of chemical reactions on quantum computing platforms using quantum classical hybrid algorithms such as the Variational Quantum Eigensolver (VQE) is challenged by the need for a reaction consistent treatment of electron correlation in reaction energy evaluations. In this work, we employ a previously reported symmetry guided active space selection protocol to compute ring strain energies of cyclic hydrocarbons using homodesmotic reaction schemes. The protocol enforces symmetry consistency across all reactants and products by selecting active spaces that yield identical symmetry matched fraction (SMF) values, thereby ensuring balanced correlation treatment at the reaction level. When multiple active spaces satisfy this criterion for a given molecule, larger active spaces often provide improved correlation treatment; however, smaller symmetry consistent active spaces can also yield comparable agreement due to favorable error cancellation within the homodesmotic framework. Using this framework, ring strain energies were evaluated for a series of saturated and unsaturated cyclic hydrocarbons, ranging from cyclopropane to the structurally complex adamantane. The resulting energies achieve chemical accuracy relative to density functional theory (DFT) and remain in close agreement with coupled cluster singles and doubles (CCSD) benchmarks. The systematic performance across increasing molecular complexity highlights the effectiveness of combining homodesmotic reaction design with symmetry-consistent VQE calculations. This approach, which enforces physically grounded consistency across reaction species, demonstrates clear potential for extending reaction based quantum simulations to larger molecular systems and broader classes of chemical reactions.
• Abstract（参考訳）: 量子量子量子固有解法 (VQE) のような量子古典的ハイブリッドアルゴリズムを用いた量子コンピューティングプラットフォーム上での化学反応のシミュレーションは、反応エネルギー評価における電子相関の反応一貫した処理の必要性により挑戦される。 本研究では, 環状炭化水素の環ひずみエネルギーをホモデマティック反応法を用いて計算するために, 先に報告した対称性誘導型活性空間選択プロトコルを用いる。 このプロトコルは、全ての反応物と生成物間で対称性の整合性を強制し、同じ対称性の一致した分数(SMF)値を得る活性空間を選択することにより、反応レベルでの相関処理を確保する。 複数の活性空間が与えられた分子に対するこの基準を満たすとき、より大きな活性空間はしばしば相関処理の改善をもたらすが、より小さな対称性の連続した活性空間はホモデマティックフレームワーク内で好ましい誤差のキャンセルのために同等の一致をもたらす。 この枠組みを用いて, シクロプロパンから構造的に複雑なアダマンタンまでの一連の飽和および不飽和環状炭化水素について, リングひずみエネルギーを評価した。 結果として得られるエネルギーは密度汎関数理論(DFT)と比較して化学的に正確であり、クラスタ・シングルとダブル・ベンチマーク(CCSD)と密接に一致している。 分子複雑性の増大に伴う系統的な性能は、ホモデスメティックな反応設計と対称性を持つVQE計算を組み合わせることの有効性を強調している。 このアプローチは反応種間で物理的に接地された一貫性を強制し、反応に基づく量子シミュレーションをより大きな分子系やより広範な化学反応に拡張する可能性を示す。

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