論文の概要: Quantum-Classical Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo at the Edge of Practicability
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.19239v1
- Date: Wed, 17 Jun 2026 16:19:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-25 08:53:11.243639
- Title: Quantum-Classical Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo at the Edge of Practicability
- Title（参考訳）: 実用性の端点における量子古典的補助場量子モンテカルロ
- Authors: Francesco Nappi, Matthew Kiser, Fedor Šimkovic,
- Abstract要約: 量子古典的補助場量子モンテカルロ(QC-AFQMC)のアルゴリズム改良を導入する。
これらの改善により、ステップごとの古典的なスケーリングが$tildemathcalO(N5.5)$から$tildemathcalO(N4.5)$に削減される。
我々はQC-AFQMCのフォールトトレラントな実装として量子ランタイムと古典ランタイムの両方を推定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We introduce algorithmic improvements to quantum-classical auxiliary-field quantum Monte Carlo (QC-AFQMC) that reduce the dominant per-step classical scaling from $\tilde{\mathcal{O}}(N^{5.5})$ to $\tilde{\mathcal{O}}(N^{4.5})$ as a function of the number of molecular spin-orbitals $N$. Central to this improvement is the application of Aitken's block transformation to handle singular Pfaffians arising in the estimation of overlaps between a quantum trial state and classical Slater-determinant walkers. Together with the use of algorithmic differentiation for the computation of the force bias, this yields a $248\times$ estimated runtime improvement for a system of 100 molecular orbitals. Using our workflow, we demonstrate a ground-state energy calculation for $H_8$ from quantum data collected on IQM Emerald and post-processed with a tensor-network-based error-mitigation technique. We further validate the method's scalability through noiseless simulation of hydrogen chains up to $H_{12}$, and on the lithium-air battery related rearrangement pathway of the $Li_2O_4$ lithium superoxide dimer in a (26e, 20o) active space. We estimate both quantum and classical runtimes for a potential fault-tolerant implementation of QC-AFQMC, showing that the method holds promise for the early fault-tolerant era. These results move QC-AFQMC a step closer to treating chemically relevant systems.
- Abstract（参考訳）: 量子古典的補助場量子モンテカルロ (QC-AFQMC) のアルゴリズム的改善を導入し、分子スピン軌道数$N$の関数として$\tilde{\mathcal{O}}(N^{5.5})$から$\tilde{\mathcal{O}}(N^{4.5})$へ、ステップごとの古典的スケーリングを減少させる。
この改善の中心は、量子トライアル状態と古典スレーター決定歩行器との重なり合いを推定する際に生じる特異なPfaffianを扱うために、Aitkenのブロック変換を適用することである。
力バイアスの計算にアルゴリズムによる微分を用いることで、100個の分子軌道の系に対する推定実行時間の改善が248\times$248\timesとなる。
このワークフローを用いて,IQMエメラルドで収集された量子データから,テンソルネットワークに基づく誤り軽減手法を用いて,基底状態エネルギーを$H_8$で計算した。
さらに, (26e, 20o) 活性空間におけるLi_2O_4$リチウムスーパーオキシドジマーのリチウム-空気電池系再配置経路において, H_{12}$までの水素鎖のノイズレスシミュレーションにより, この手法のスケーラビリティを検証した。
我々はQC-AFQMCのフォールトトレラント実装について,量子ランタイムと古典ランタイムの両方を推定し,この手法が早期フォールトトレラント時代を約束することを示す。
これらの結果はQC-AFQMCを化学的に関連するシステムに近づいた。
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