論文の概要: Molecular Dynamics with Nuclear Effects on Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.01549v1
• Date: Thu, 01 Oct 2026 12:16:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-03 01:19:24.108494
• Title: Molecular Dynamics with Nuclear Effects on Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける原子核効果の分子動力学
• Abstract要約: 核量子効果は陽子転移と水素結合を記述するために重要であるが、量子化学計算への組み入れは古典的なハードウェアでは計算が禁止されることが多い。 我々は、原子-初期分子動力学のための新しいハイブリッド量子古典アルゴリズムを導入し、原子-電子軌道法による核量子効果を取り入れた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nuclear quantum effects are critical for describing proton transfer and hydrogen bonding, but their incorporation into quantum chemistry calculations is often computationally prohibitive on classical hardware. A promising alternative are quantum computers due to their linear scaling in the space requirements with system size. We introduce a novel hybrid quantum-classical algorithm for ab-initio molecular dynamics that incorporates nuclear quantum effects via the nuclear-electronic orbital method. The proposed algorithm evaluates ground state energies and forces on the quantum computer using a variational quantum eigensolver, while the molecular geometries are updated classically. We validate our approach through simulations of $\text{H}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ and the Zundel ion $\text{H}_5\text{O}_2^+$, comparing the simulated vibrational spectra with experimental data. Upon inclusion of nuclear quantum effects, the proton shuttling movement in the Zundel ion becomes effectively barrierless, and errors in the simulated frequencies improve significantly. Employing compact hardware-efficient ansatz circuits we achieve results comparable to the more accurate UCCSD ansatzes, which hints towards the feasibility of executing our algorithm on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 核量子効果は陽子転移と水素結合を記述するために重要であるが、量子化学計算への組み入れは古典的なハードウェアでは計算が禁止されることが多い。 有望な代替手段は、システムサイズによる空間要求の線形スケーリングによる量子コンピュータである。 我々は、原子-初期分子動力学のための新しいハイブリッド量子古典アルゴリズムを導入し、原子-電子軌道法による核量子効果を取り入れた。 提案アルゴリズムは変分量子固有解法を用いて量子コンピュータの基底状態エネルギーと力を評価し, 分子ジオメトリを古典的に更新する。 我々は、実験データとシミュレーションされた振動スペクトルを比較して、$\text{H}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ および Zundel ion $\text{H}_5\text{O}_2^+$ のシミュレーションによるアプローチを検証する。 核量子効果を包含すると、ズンデルイオン中の陽子シャットリング運動は事実上障壁なくなり、シミュレートされた周波数の誤差は大幅に改善される。 コンパクトなハードウェア効率のアンサッツ回路を用いることで、より正確なUCCSDアンサゼに匹敵する結果が得られる。

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