論文の概要: Resource-efficient quantum-selected configuration interaction for molecular properties
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.27777v1
- Date: Thu, 30 Jul 2026 07:09:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-31 21:37:00.432516
- Title: Resource-efficient quantum-selected configuration interaction for molecular properties
- Title（参考訳）: 資源効率のよい量子選択構成相互作用による分子特性の研究
- Abstract要約: ノイズの多い量子デバイス上での完全な電子ハミルトニアンの実装は、回路の複雑さを急速に増大させる。
我々は、コンパクトなハミルトニアンを構築するために参照状態の忠実度損失解析を行い、高い精度を維持しながら計算オーバーヘッドを低減する。
これらの結果は、ノイズの多い中間スケール量子デバイスにおけるこのアプローチのスケーラビリティを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The quantum-selected configuration interaction identifies important determinantal basis functions through real-time evolution of a reference wavefunction and diagonalizing the Hamiltonian matrix in the resulting selected subspace. However, implementing the full electronic Hamiltonian on noisy quantum devices leads to rapidly increasing circuit complexity, limiting its scalability. To address this issue, we identify the dominant fermionic excitation operators and perform reference-state fidelity loss analysis to construct a compact Hamiltonian, reducing computational overhead while retaining high precision. Applied to Group IIIA monofluorides (BF, AlF, GaF, InF, and TlF), the proposed framework achieves a near-quadratic improvement in Hamiltonian-term scaling, enabling resource-efficient simulations. We employ this framework to compute the relativistic ground-state energies and permanent electric dipole moments (PDMs) of the systems under consideration. After validating the framework via simulations, we demonstrate hardware execution for AlF and TlF on the IBM Marrakesh processor using active spaces of up to 20 qubits. For a 20-qubit TlF system, the reduced Hamiltonian yields a reduction of higher than $ 98\%$ in both circuit depth and two-qubit gate counts, with the resulting PDMs from quantum hardware matching complete active space configuration interaction values within $99.99\%$. These results demonstrate the scalability of this approach on noisy intermediate-scale quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子選択された構成相互作用は、参照波動関数のリアルタイム進化を通じて重要な決定基底関数を特定し、結果として選択された部分空間においてハミルトン行列を対角化する。
しかし、ノイズの多い量子デバイスに完全な電子ハミルトニアンを実装すると、回路の複雑さが急速に増加し、スケーラビリティが制限される。
この問題に対処するために、支配的なフェルミオン励起演算子を特定し、参照状態の忠実度損失解析を行い、コンパクトなハミルトニアンを構築する。
The proposed to Group IIIA monofluorides (BF, AlF, GaF, InF, TlF), and the proposed framework achieve a almost-quadratic improvement in Hamiltonian-term scaling。
我々はこの枠組みを用いて、システムの相対論的基底状態エネルギーと永久電気双極子モーメント(PDM)を計算する。
シミュレーションにより,AlFとTlFのハードウェア実行をIBM Marrakeshプロセッサ上で,最大20キュービットのアクティブスペースを用いて実証した。
20キュービットのTlFシステムでは、還元されたハミルトンは、回路深さと2キュービットのゲート数の両方で98\%以上の値の低減を達成し、結果として、量子ハードウェアからのPDMは99.99\%の値で完全にアクティブな空間構成の相互作用値に一致する。
これらの結果は、ノイズの多い中間スケール量子デバイスにおけるこのアプローチのスケーラビリティを示している。
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