論文の概要: Better accuracy with fewer qubits: Single-particle basis set optimization for quantum chemistry on quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02119v1
• Date: Mon, 03 Aug 2026 12:13:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-04 15:07:25.523248
• Title: Better accuracy with fewer qubits: Single-particle basis set optimization for quantum chemistry on quantum computers
• Title（参考訳）: 量子ビットが少ない場合の精度向上:量子コンピュータ上での量子化学のための単一粒子基底集合最適化
• Abstract要約: 軌道が限られている小さな活性空間は、相関エネルギーのかなりの部分を失う可能性がある。 量子アルゴリズムのための中程度の品質量子ビット効率基底セットを設計する。 我々の研究は、より正確でより少ない量子ビットの量子化学計算を、短期量子コンピュータを用いて実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In spite of recent advances, quantum computers are expected to be sufficiently noisy in the coming few years to the extent of limiting quantum chemical calculations to relatively small number of orbitals. However, even with reasonable quality single particle basis sets, small active spaces with limited orbitals can result in a significant fraction of correlation energy being lost, motivating the design of moderate quality qubit-efficient basis sets for quantum algorithms. We begin by reoptimizing the existing minimal basis sets using a genetic algorithm-inspired approach in conjunction with aggressive refinement strategies, and generate modified minimal basis sets (MSTO-kG basis; k = 2-11) for atoms from H through F. The ground state energies of H through F using our MSTO bases at FCI level of theory yield ground state energies that are comparable or sometimes even lower than those obtained using 6-31G basis sets. In the case of Li, the MSTO bases surpass the performance of cc-pVQZ bases. Thus, we obtain better atomic energies with same number of qubits relative to STO bases, and better/comparable energies with fewer qubits relative to higher quality bases. In the case of molecules, H2 performs poorly; a finding that is consistent with an earlier work in literature. For other molecules, Li2, C2, LiH, BeH and BeH2, the FCI results (except C2 for which we employ CISD) from our bases are comparable to/outperform those from 6-31G basis. Finally, we compare the resources required between different bases and find that MSTO bases yield better energies than the competing basis sets while incurring fewer qubits and two-qubit gates with VQE, QPE, and HHL. The logical T-gate counts are also found to be considerably lower for QPE and HHL respectively. Overall, our work paves way for more accurate yet less qubit-hungry quantum chemical calculations using near-term quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 近年の進歩にもかかわらず、量子コンピュータは、量子化学計算を比較的少数の軌道に制限する程度まで、今後数年で十分なノイズが生じると予想されている。 しかし、妥当な品質の単一粒子基底集合であっても、限られた軌道を持つ小さな活性空間は、相関エネルギーのかなりの割合が失われ、量子アルゴリズムの適度な品質量子ビット効率基底セットの設計を動機付けている。 まず,H から F までの原子に対する改良された最小基底集合 (MSTO-kG ベース; k = 2-11) を生成する。 Liの場合、MSTOベースはcc-pVQZベースの性能を上回る。 したがって、STOベースに対して同じ数の量子ビットを持つより優れた原子エネルギーと、より高い品質ベースに対してより少ない量子ビットを持つより良い/比較可能なエネルギーを得る。 分子の場合、H2は性能が悪く、文献の初期の研究と一致している。 その他の分子(Li2, C2, LiH, BeH, BeH2)では、FCIの結果(CISDを用いるC2を除く)は6-31G基のものと同等である。 最後に、異なるベース間で必要なリソースを比較し、MSTOベースが競合するベースセットよりも優れたエネルギーを得るのに対して、VQE、QPE、HHLの2量子ゲートは少ない。 論理的Tゲート数は、それぞれQPEおよびHHLに対してかなり低い。 全体として、我々の研究は、より正確でより少ない量子ビットの量子化学計算を、短期量子コンピュータを用いて実現している。

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