論文の概要: Point-group symmetry analysis of many-electron wavefunctions on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.24824v1
- Date: Sun, 24 May 2026 02:28:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-26 19:50:18.466149
- Title: Point-group symmetry analysis of many-electron wavefunctions on a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の多電子波動関数の点群対称性解析
- Abstract要約: 点群は分子系の空間対称性演算の集合である。
本研究では,多電子状態の点群対称性を解析するためのアンシラフリーハイブリッド法を提案する。
提案手法は,多電子波動関数の対称性特性を解析するための実用的なツールとして有効であることが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A point group is a set of spatial symmetry operations in molecular systems and is an indispensable tool for analyzing molecular orbitals and spectroscopy experiments in chemistry. Several quantum algorithms to exploit this symmetry have been proposed, but practical implementations of point-group symmetry operations and the detailed symmetry analysis of realistic many-electron wavefunctions are still missing. In this work, we propose an ancilla-free hybrid method to analyze point-group symmetries of many-electron states, which works for both abelian and non-abelian groups. For a given wavefunction, our method calculates the projection weights of point-group irreducible representations by applying orbital rotations derived from the eigenvectors of the representation matrices, therefore it is applicable to arbitrary basis functions. The usefulness of our approach is demonstrated through numerical simulations of benzene and ferrocene molecules. Furthermore, we perform a hardware demonstration of the weight calculation of the ground state and the first excited state of benzene in $D_{2h}$ symmetry, using up to 32 qubits of IBM's \texttt{ibm\_kawasaki} device. By combining a tensor-network based encoding scheme and error mitigation techniques, we find the weights of irreducible representations for both states are faithfully reproduced within a few percent error. Our results suggest that the proposed method serves as a practical tool for analyzing symmetry properties of many-electron wavefunctions in realistic material simulations on near-term and early fault-tolerant quantum computers.
- Abstract（参考訳）: ポイント群(英: point group)は、分子系の空間対称性の操作の集合であり、化学における分子軌道や分光実験を分析するのに欠かせない道具である。
この対称性を利用するいくつかの量子アルゴリズムが提案されているが、点群対称性演算の実践的な実装と現実的な多電子波動関数の詳細な対称性解析はいまだに欠落している。
本研究では,多電子状態の点群対称性を解析するためのアンシラフリーハイブリッド法を提案する。
与えられた波動関数に対して、表現行列の固有ベクトルから導かれる軌道回転を適用して、点群既約表現の射影重みを計算するので、任意の基底関数に適用できる。
ベンゼンおよびフェロセン分子の数値シミュレーションにより,本手法の有用性を実証した。
さらに,IBMの「texttt{ibm\_kawasaki} デバイス」の最大32キュービットを用いて,基底状態の重み計算とベンゼンの最初の励起状態の対称性のハードウェアデモを行う。
テンソルネットワークに基づく符号化方式とエラー軽減手法を組み合わせることで、両状態の既約表現の重み付けは、数パーセントの誤差で忠実に再現される。
提案手法は,多電子波動関数の対称性特性を,短期および早期のフォールトトレラント量子コンピュータ上での現実的な物質シミュレーションにおいて解析するための実用的なツールとして有効であることが示唆された。
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