論文の概要: Excited-State Quantum Chemistry on Qumode-Based Processors via Variational Quantum Deflation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.13457v2
• Date: Mon, 20 Apr 2026 04:26:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-21 13:51:31.10926
• Title: Excited-State Quantum Chemistry on Qumode-Based Processors via Variational Quantum Deflation
• Title（参考訳）: 変分量子デフレレーションによるQumode系プロセッサの励起状態量子化学
• Authors: Marlon F. Jost, Sijia S. Dong,
• Abstract要約: ボゾン量子プロセッサ上の変分量子アルゴリズムは、量子化学計算の新たなパラダイムである。 電子的および振動的励起状態エネルギーを見つけるための量子量子デフレフレームワーク(QumVQD)を導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Variational quantum algorithms on bosonic quantum processors are an emerging paradigm for quantum chemistry calculations, exploiting the natural alignment between molecular structure and harmonic oscillator-based hardware. We introduce the qumode-based variational quantum deflation framework (QumVQD) for finding both electronic and vibrational excited state energies on qumode-based architectures. For electronic structure, we incorporated particle number conservation constraints via Fock basis Hamming weight filtering. This symmetry enforcement achieves a significant reduction in computational overhead, scaling the Hilbert space dimension as O$M \choose n_e$ rather than O$(2^M)$ for $M$ spin orbitals and $n_e$ electrons. We validate the approach through electronic structure calculations on H$_{\text{2}}$, achieving agreement with full configuration interaction (FCI) using the STO-3G basis within chemical accuracy across potential energy surfaces. Extending to vibrational structure, we combine QumVQD with Hamiltonian fragmentation based on Bogoliubov transforms, computing CO$_{\text{2}}$ and H$_{\text{2}}$S vibrational eigenstates to spectroscopic accuracy with entangling gate counts 1-2 orders of magnitude lower than analogous qubit-based algorithms. We performed noise characterization using amplitude-damping models and gate-fidelity analysis, which demonstrates enhanced error resilience due to reduced circuit depth compared to qubit-based algorithms. Together, these results highlight the potential of bosonic quantum devices for advancing computational chemistry, particularly in areas where qubit-based devices struggle.
• Abstract（参考訳）: ボソニック量子プロセッサ上の変分量子アルゴリズムは、分子構造と調和振動子ベースのハードウェアとの自然な整合を利用した量子化学計算の新しいパラダイムである。 本稿では,QumVQD(Qumode-based variational quantum deflation framework)を導入し,電子的および振動的励起状態エネルギーを求める。 電子構造では, 粒子数保存の制約をフォックベースハミング重みフィルタリングに組み込んだ。 この対称性の強制は計算オーバーヘッドを大幅に減少させ、ヒルベルト空間次元を O$(2^M)$ のスピン軌道と $n_e$ の電子に対して O$M \choose n_e$ としてスケールする。 H$_{\text{2}}$で電子構造計算を行い、STO-3Gに基づく全構成相互作用(FCI)と、ポテンシャルエネルギー表面の化学的精度で一致した。 振動構造に拡張して、KumVQDとBogoliubov変換に基づくハミルトンフラグメンテーションを組み合わせ、CO$_{\text{2}}$とH$_{\text{2}}$S振動固有状態から、エンタングゲートによる分光精度は、アナログ量子ビットベースのアルゴリズムよりも1-2桁低い。 振幅減衰モデルとゲート忠実度解析を用いてノイズ評価を行い、量子ビットアルゴリズムと比較して回路深さの低減による誤差耐性の向上を図った。 これらの結果は、特に量子ビットベースのデバイスが苦しむ領域において、計算化学を進歩させるボソニック量子デバイスの可能性を強調している。

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