論文の概要: Quantum algorithms for density functional theory with minimal readout

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.29774v1
• Date: Thu, 28 May 2026 11:19:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-30 02:45:56.197759
• Title: Quantum algorithms for density functional theory with minimal readout
• Title（参考訳）: 最小読み出し量を持つ密度汎関数論のための量子アルゴリズム
• Authors: Yuansheng Zhao, Hirofumi Nishi, Taichi Kosugi, Satoshi Hirose, Hiroki Sakagami, Tatsuki Oikawa, Tatsuya Okayama, Yu-ichiro Matsushita,
• Abstract要約: 我々は、コーンシャムDFTにおける波動関数の量子ビット効率の符号化方式と、全ての占有軌道を同時に計算する量子アルゴリズムを提案する。 我々のアルゴリズムはハリス関数に特に適しており、指数的高速化によって全エネルギーを評価できる。
• 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: While quantum computers have shown significant promise for electronic structure calculations, their potential to accelerate density functional theory (DFT) calculations remains unclear. In this work, we present a qubit-efficient encoding scheme for wavefunctions in Kohn--Sham (KS) DFT, together with a quantum algorithm that computes all occupied orbitals simultaneously. We further show that our algorithm is particularly well suited to the Harris functional, enabling the total energy to be evaluated with a potential exponential speedup over classical approaches by entirely avoiding the costly readout of the electronic density. In addition, we propose a second method for achieving self-consistent DFT calculations using multiple copies of the wavefunction, which likewise circumvents density readout. The applicability of our algorithms is demonstrated through several numerical examples, and their efficiency is compared with that of existing approaches.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは電子構造計算に大きな可能性を示してきたが、密度汎関数理論(DFT)の計算を加速する可能性はまだ不明である。 本研究では、コーンシャム(KS)DFTにおける波動関数の量子ビット効率符号化方式と、全ての占有軌道を同時に計算する量子アルゴリズムを提案する。 さらに、我々のアルゴリズムはハリス関数に特に適しており、電子密度の費用のかかる読み出しを完全に回避し、古典的アプローチよりも指数関数的なスピードアップで全エネルギーを評価できることを示す。 さらに,波動関数の複数コピーを用いて自己整合DFT計算を行う方法を提案する。 提案アルゴリズムの適用性については,いくつかの数値例を用いて実証し,その効率を既存手法と比較した。

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