論文の概要: Quantum--classical break-even in electronic dynamics of macrocyclic molecules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.39693v2
• Date: Fri, 02 Oct 2026 13:50:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-06 00:14:29.965454
• Title: Quantum--classical break-even in electronic dynamics of macrocyclic molecules
• Title（参考訳）: 大環状分子の電子動力学における量子-古典的破壊
• Abstract要約: 本研究では,空間的局所性を利用したテンソルネットワーク回路圧縮に基づく電子力学のための量子ワークフローを構築する。 量子ハードウェアは、化学的に関連する電子力学の現実的な計算オプションとなり得ることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.258758909813204
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Here we demonstrate quantum--classical break-even for chemical dynamics applications, reaching useful accuracy with a quantum-hardware wall-clock time comparable to that estimated for practical classical computing resources. Specifically, we construct a quantum workflow for electronic dynamics based on tensor-network circuit compression leveraging spatial locality, extending circuit compression beyond one-dimensional open-boundary systems. This enables application of the workflow to problems that are hardware-native but classically hard. The workflow targets one-dimensional periodic Hamiltonians: circuits classically optimized only for short-time evolution within a small spatial region can be replicated in both space and time to construct long-time dynamics of the full system without classically simulating the corresponding large-scale evolution. We apply the workflow to cyclic conjugated macrocycles with rotational periodicity, 12-qubit benzene and 120-qubit [60]annulene, by embedding their electronic structure onto loops of IBM quantum processors. For the annulene, the quantum-processing-unit (QPU) wall-clock times for hole-doped nonequilibrium dynamics became comparable to the estimated wall-clock time of two classical methods, Majorana propagation and matrix-product-state time evolution based on the time-dependent variational principle; this corresponds to tens to hundreds of compute nodes depending on the task (36 CPU cores per node), even assuming ideal scaling, bringing the quantum calculation into a wall-clock-time regime comparable to conventional parallel high-performance-computing resources. We also show a situation in which a hybrid quantum--classical calculation is a reasonable choice in terms of both accuracy and computational time. These results show that quantum hardware can become a realistic computational option for chemically relevant electronic dynamics.
• Abstract（参考訳）: ここでは、化学力学の応用における量子古典的破れを実証し、実用的な古典計算資源の見積に匹敵する量子ハードウエアウォールクロック時間で有用な精度に達する。 具体的には、空間的局所性を利用したテンソルネットワーク回路圧縮に基づく電子力学のための量子ワークフローを構築し、1次元オープンバウンダリシステムを超えて回路圧縮を拡張した。 これにより、ハードウェアネイティブだが古典的に難しい問題にワークフローを適用できるようになる。 回路は古典的には、小さな空間領域内での短時間の進化にのみ最適化され、空間と時間の両方で複製することができ、対応する大規模進化を古典的にシミュレートすることなく、フルシステムの長時間のダイナミクスを構築することができる。 回転周期性, 12-クビットベンゼン, 120-クビット[60]アンヌレンを有する循環共役マクロサイクルに対して, それらの電子構造をIBM量子プロセッサのループに埋め込み, ワークフローを適用する。 アンヌの場合、ホールドープ非平衡力学のための量子プロセッシングユニット(QPU)のウォールクロックタイムは、時間依存性の変動原理に基づくマヨラナの伝播と行列生成状態の時間進化という2つの古典的な手法のウォールクロック時間に匹敵するものとなり、これはタスク(ノード当たり36CPUコア)に依存する数十から数百の計算ノードに対応し、理想的なスケーリングを仮定し、従来の並列ハイパフォーマンスコンピューティングリソースに匹敵するウォールクロックタイムに量子計算をもたらす。 また、ハイブリッド量子-古典計算が精度と計算時間の両方において合理的な選択である状況を示す。 これらの結果は、量子ハードウェアが化学的に関連する電子力学の現実的な計算オプションになることを示している。

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