論文の概要: A Quantum-HPC Hybrid Workflow for Reaction-Center Electronic Dynamics: Application to a Cytochrome P450-Inspired Iron-Complex Model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.05786v2
• Date: Tue, 14 Jul 2026 07:42:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-15 12:51:44.307094
• Title: A Quantum-HPC Hybrid Workflow for Reaction-Center Electronic Dynamics: Application to a Cytochrome P450-Inspired Iron-Complex Model
• Title（参考訳）: 反応中心電子ダイナミクスのための量子-HPCハイブリッドワークフロー:シトクロムP450誘導鉄錯体モデルへの応用
• Authors: Shintaro Maekawa, Takao Otsuka, Riku Masui, Juan W. Pedersen, David Muñoz Ramo, Yasushi Okuno, Kentaro Yamamoto,
• Abstract要約: 人口移動力学は、多状態反応化学における活性空間にインスパイアされた還元ハミルトニアンに対する実践的な検証である。 本稿では,アクティブスペースに着想を得たハミルトニアンの化学解釈可能な多状態電子力学を,現在のトラップイオンハードウェア上で評価するための動的フレームワークを提案する。
• 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: We introduce population-transfer dynamics as a practical validation observable for active-space-derived reduced Hamiltonians in multistate reaction-center chemistry. Using a cytochrome P450-inspired Fe-complex model, we construct a reaction-coordinate-dependent effective Hamiltonian from state-averaged complete active-space self-consistent field (SA-CASSCF) calculations, map it to a quantum-circuit representation suitable for current hardware, and propagate dynamics from the reactant-side ground state. The reduced Hamiltonian reproduces the SA-CASSCF reference with an RMS deviation of 0.030 eV and a maximum absolute deviation of 0.143 eV. As a dynamics-based diagnostic, the product-manifold population p_P(t) identifies a pronounced near-degeneracy region around x = 0.3, where state mixing is strongest. Classical exact time evolution yields a product population of 0.488 at x = 0.3 after 10 fs, compared with 7.26 x 10^-2 at x = 0.2 and 5.90 x 10^-3 at x = 0.0. To enable execution on current trapped-ion hardware, we examine the trade-off between dynamical fidelity and circuit resources through coupling pruning and first-order Trotterization. A coupling cutoff of 0.02 eV reduces the non-zero coupling set from 32 to 7 while preserving the dominant transfer pathways, and M = 30 provides the best practical operating point. Finally, we demonstrate the workflow on Quantinuum's trapped-ion quantum computer Reimei. The hardware reproduces the key reaction-coordinate trend identified by the classical model, including the maximum at x = 0.3, where the measured product population is 0.42 on hardware and 0.43 on the matched emulator. This work establishes a dynamics-based framework for assessing active-space-derived reduced Hamiltonians and demonstrates chemically interpretable multistate electronic dynamics on current trapped-ion hardware.
• Abstract（参考訳）: 我々は, 多状態反応中心化学において, 活性空間由来の還元ハミルトニアンに対する実用的検証として, 人口移動力学を導入する。 シトクロムP450にインスパイアされたFe-錯体モデルを用いて、状態平均完全活性空間自己整合体(SA-CASSCF)計算から反応座標依存実効ハミルトニアンを構築し、それを現在のハードウェアに適した量子回路表現にマッピングし、反応側基底状態からダイナミクスを伝播する。 還元ハミルトニアンは、SA-CASSCF基準を再現し、RSM偏差は0.030 eV、絶対偏差は0.143 eVである。 動力学に基づく診断として、p_P(t) は x = 0.3 付近の顕著な近縮退領域を同定し、状態混合が最強である。 古典的な正確な時間進化は、x = 0.3 fsの後に0.488で、x = 0.2で7.26 x 10^-2、x = 0.0で5.90 x 10^-3で生成する。 現在のトラップイオンハードウェア上での動作を可能にするため,結合プルーニングと1次トロッタライゼーションによる動的忠実度と回路資源のトレードオフについて検討する。 0.02eVのカップリング遮断は、支配的な転送経路を維持しながら非ゼロカップリングセットを32から7に減少させ、M = 30は最も実用的な動作点を提供する。 最後に、Quantinuumの閉じ込められた量子コンピュータReimeiのワークフローを実演する。 ハードウェアは、x = 0.3の最大値を含む古典的モデルで同定された重要な反応座標傾向を再現し、測定された積の数はハードウェアで0.42、エミュレータで0.43である。 この研究は、アクティブスペース由来の還元ハミルトニアンを評価するための動的フレームワークを確立し、現在の捕捉イオンハードウェア上で化学的に解釈可能な多状態電子力学を実証する。

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