論文の概要: Sample-based quantum simulation of vibrational structure of polyyne chains

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.09616v1
• Date: Wed, 07 Oct 2026 07:57:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 21:58:22.789084
• Title: Sample-based quantum simulation of vibrational structure of polyyne chains
• Title（参考訳）: 試料に基づくポリイン鎖の振動構造の量子シミュレーション
• Abstract要約: 我々は、サンプルベース量子対角化(SQD)フレームワークを用いて、非調和振動エネルギーとスペクトルを計算する。 このアプローチは、量子状態の準備とサンプリングと構成回復、基底配置のサブ空間に投影されるハミルトンの対角化、遷移双極子モーメントの計算を組み合わせる。 サンプルベース量子サブスペース法は、完全な対角化の段階を超えた振動空間における分光情報を捉えることができることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Predicting anharmonic vibrational spectra is a complex computational task, which becomes quickly infeasible as molecular size and the number of vibrational basis functions increase, leading to an exponential growth of the underlying Hilbert space. Here, we employ a sample-based quantum diagonalization (SQD) framework to compute anharmonic vibrational energies and spectra. The approach combines quantum state preparation and sampling with configuration recovery, diagonalization of the Hamiltonian projected in a subspace of basis configurations, and calculation of transition-dipole moments to obtain both vibrational energies and infrared spectra. We investigate two approaches for sampling, namely, vib-LUCJ and vib-SqDRIFT and apply the method to study the polyyne molecules C$_2$H$_2$ and C$_4$H$_2$, reaching representations requiring up to 104 qubits. Beyond energies, transition-dipole calculations reveal that infrared intensities and excited-state composition continue to evolve with basis size through anharmonic mixing and intensity redistribution, even when low-energy eigenvalues appear converged. These results show that sample-based quantum subspace methods can capture spectroscopic information in vibrational spaces far beyond the regime of full diagonalization. Moreover, our simulation identify multi-state recovery and scalable projected-space treatment as central challenges for further scaling sample-based approaches.
• Abstract（参考訳）: 非調和振動スペクトルの予測は複雑な計算課題であり、分子の大きさと振動基底関数の数が増加するにつれて急速に実現不可能になり、基盤となるヒルベルト空間が指数関数的に成長する。 本稿では、サンプルベース量子対角化(SQD)フレームワークを用いて、非調和振動エネルギーとスペクトルを計算する。 このアプローチは、量子状態の準備とサンプリングと、構成回復、基底配置のサブ空間に投影されるハミルトニアンの対角化、および遷移双極子モーメントの計算を組み合わせることで、振動エネルギーと赤外スペクトルの両方を得る。 本稿では, ポリイン分子C$_2$H$_2$とC$_4$H$_2$の2種類のサンプリング法について検討し, 最大104量子ビットの表現に到達した。 エネルギーの他に、遷移双極子計算により、低エネルギー固有値が収束したとしても、非調和混合と強度再分配を通じて、赤外強度と励起状態組成が基底サイズで進化し続けることが明らかとなった。 これらの結果から, 試料を用いた量子サブスペース法は, 完全な対角化の過程をはるかに超えた振動空間における分光情報を捉えることができることがわかった。 さらに,本シミュレーションでは,サンプルベースアプローチをさらに拡張するための中心的課題として,多状態回復と拡張性のあるプロジェクテッドスペース処理を取り上げている。

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