論文の概要: Active-Space Quantum Simulation of N$_2$ Hydrogenation at a Ru Single-Atom Site on Ru(0001)
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.30958v1
- Date: Fri, 25 Sep 2026 08:10:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-28 18:27:51.288078
- Title: Active-Space Quantum Simulation of N$_2$ Hydrogenation at a Ru Single-Atom Site on Ru(0001)
- Title（参考訳）: Ru(0001)上のRu単一原子サイトにおけるN$_2$水素化の能動空間量子シミュレーション
- Abstract要約: 原子的に分散した遷移金属サイトは、強く相関する中間体を研究するための計算可能な経路を提供する。
有限な非周期曲面フラグメント上での周期的DFT計算と相関する活性空間計算を結合する。
この還元空間における状態ベクトルADAPT-VQEは、固定プール勾配停止基準の下で両方の反応状態に収束する。
- 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: Selective activation of dinitrogen (N$_2$) under mild conditions is difficult: N$\equiv$N is one of the strongest bonds in chemistry, and most heterogeneous catalysts capable of breaking it require high temperature and pressure. Atomically dispersed transition-metal sites offer a computationally tractable route to studying the strongly correlated intermediates involved. We connect periodic DFT calculations with correlated active-space calculations on a finite, non-periodic surface fragment, demonstrating the workflow for the hydrogenation step RuH$_2$(N$_2$)* $\rightarrow$ RuH(NNH)* at an isolated Ru$_1$ site on Ru(0001). A first-shell fragment is extracted from the periodically relaxed structure, an active space is selected with Active Atomic Valence Space (AVAS) around the Ru-N/N-H bond reorganization, and natural-orbital truncation reduces its cost while retaining the relevant correlated degrees of freedom. The reduced Hamiltonian is mapped to qubits with the Jordan-Wigner transformation and solved with the adaptive derivative-assembled pseudo-Trotter variational quantum eigensolver (ADAPT-VQE). Dynamic correlation beyond the active space is examined with strongly contracted NEVPT2 and DSRG-MRPT2. AVAS gives a 22-qubit active space, which natural-orbital truncation compresses to 16 qubits, reproducing the untruncated CASCI state energies to within 0.21 kcal/mol (reaction-energy error 0.2 kcal/mol). Statevector ADAPT-VQE in this reduced space converges for both reaction states under a fixed pool-gradient stopping criterion. NEVPT2 yields anomalously large, state-imbalanced corrections for the finite Ru fragment, while DSRG-MRPT2 retains an endothermic reaction energy at its default flow parameter, although its magnitude depends strongly on that parameter.
- Abstract（参考訳）: 軽度の条件下でのジニトロゲン (N$_2$) の選択的活性化は困難であり、N$\equiv$Nは化学において最も強い結合の1つである。
原子的に分散した遷移金属サイトは、強く相関する中間体を研究するための計算可能な経路を提供する。
有限な非周期曲面フラグメント上の相関した活性空間計算と周期的DFT計算を結びつけ、Ru(0001)上の孤立したRu$_1$サイトにおいて、水素化ステップRuH$_2$(N$_2$)*$\rightarrow$RuH(NNH)*のワークフローを実証する。
周期的に緩和された構造から第一殻フラグメントを抽出し、Ru-N/N-H結合再組織化の周囲に活性原子価空間(AVAS)を用いて活性空間を選択し、関連する関連する自由度を維持しながら自然軌道の切り離しによりコストを低減させる。
還元ハミルトニアンはジョルダン・ウィグナー変換で量子ビットにマッピングされ、適応微分合成擬トロッター変分量子固有解法(ADAPT-VQE)で解かれる。
NEVPT2とDSRG-MRPT2を強く収縮させた。
AVASは22キュービットの活性空間を与え、16キュービットに圧縮し、未使用のCASCI状態エネルギーを0.21kcal/mol(反応-エネルギー誤差0.2kcal/mol)に再生する。
この還元空間における状態ベクトルADAPT-VQEは、固定プール勾配停止基準の下で両方の反応状態に収束する。
NEVPT2は有限Ruフラグメントに対して不規則に大きく、状態不均衡な補正を与えるが、DSRG-MRPT2はそのデフォルトフローパラメータに内温反応エネルギーを保持するが、その大きさはそのパラメータに強く依存する。
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