論文の概要: State-Averaged Quantum Algorithms for Multiconfigurational Surface Chemistry: A Benchmark on Rh@TiO2(110)

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.17925v1
• Date: Mon, 20 Apr 2026 08:05:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 13:11:16.440994
• Title: State-Averaged Quantum Algorithms for Multiconfigurational Surface Chemistry: A Benchmark on Rh@TiO2(110)
• Title（参考訳）: 多構成表面化学のための状態平均量子アルゴリズム:Rh@TiO2(110)のベンチマーク
• Authors: Ernst Dennis Lægteskov Binau Larsson, Erik Kjellgren, Peter Reinholdt, Jacob Kongsted,
• Abstract要約: 我々は、最小限のモデルを超えた化学的動機付けされたシステムにおいて、ベンチマーク量子アルゴリズムを確立する。 SAfUCCSDは回路深度の増加とともに改善するが,多くのパラメータを必要とする。 SA-ADAPTは演算子を著しく減らしてほぼCFの精度を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Accurate modeling of surface catalytic processes often requires methods capable of describing strong correlation, charge transfer, and multiple closely lying electronic states. While density functional theory remains widely used, its limitations for localized electronic states motivate the use of wavefunction-based approaches and, more recently, quantum computing algorithms. However, the performance of quantum ansätze in chemically motivated, multistate settings remains largely unexplored. Here, we benchmark state-averaged factorized unitary coupled cluster with singles and doubles (SA-fUCCSD) and the adaptive, problem-tailored ansatz (SA-ADAPT) using an embedded cluster model of NO adsorption on Rh-doped TiO2(110). The system exhibits pronounced multiconfigurational character and multiple state crossings, providing a stringent test. State-averaged CASSCF serves as a reference, and the quantum ansätze are evaluated as solvers for the corresponding CASCI problem within a fixed orbital basis. We find that SA-fUCCSD improves with increasing circuit depth but requires many parameters and shows sensitivity to initialization. In contrast, SA-ADAPT achieves near-CASSCF accuracy with significantly fewer operators. A modified operator selection scheme, incorporating multiple operators per iteration, substantially accelerates convergence. Our results demonstrate the efficiency of adaptive ansätze for multistate problems and establish a controlled benchmark for quantum algorithms in chemically motivated systems beyond minimal models.
• Abstract（参考訳）: 表面触媒プロセスの正確なモデリングには、強い相関関係、電荷移動、複数の密接な電子状態を記述する方法が必要である。 密度汎関数理論は依然として広く使われているが、局所電子状態に対する制限は波動関数に基づくアプローチや、最近では量子コンピューティングアルゴリズムの利用を動機付けている。 しかし、化学的に動機づけられたマルチステートセッティングにおける量子アンセッツェの性能はほとんど解明されていない。 本稿では,RhドープTiO2(110)上のNO吸着の組込みクラスタモデルを用いて,一重項と二重項(SA-fUCCSD)と適応的問題調整アンサッツ(SA-ADAPT)をベンチマークする。 システムはマルチコンフィグレーションの文字と複数の状態交差を示し、厳密なテストを提供する。 状態平均CASSCFは参照として機能し、量子アンセッツェは固定軌道ベースで対応するCASCI問題の解法として評価される。 SA-fUCCSDは回路深度の増加とともに改善するが,多くのパラメータが必要であり,初期化に対する感受性を示す。 対照的に、SA-ADAPTは演算子をはるかに少なくしてほぼCASSCFの精度を達成する。 繰り返しごとに複数の演算子を組み込んだ修正された演算子選択スキームは、収束を大幅に加速する。 本研究は,多状態問題に対する適応アンセッツェの効率を実証し,最小限のモデルを超えた化学的動機付けシステムにおける量子アルゴリズムの制御されたベンチマークを確立することを目的とする。

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