論文の概要: Quantum algorithm for weakly correlated molecular electronic ground states with sub-quintic scaling in the system size
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.00751v1
- Date: Sat, 31 Oct 2026 09:01:04 GMT
- ステータス: 情報取得中
- システム内更新日: 2026-11-03 20:04:16.821761
- Title: Quantum algorithm for weakly correlated molecular electronic ground states with sub-quintic scaling in the system size
- Title（参考訳）: 系サイズのサブクインティックスケーリングを用いた弱相関分子電子基底状態の量子アルゴリズム
- Abstract要約: 弱相関分子の基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは、滑らかなGevreyスケジュールと量子プロレート対角化による固有状態フィルタリングを用いて、断熱状態の準備を行う。
物理量子資源推定は、最大40個のスピン軌道を持つトロッターステップ回路を実行するために得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.065960888086613
- License:
- Abstract: Weakly correlated electronic structures are predominant among molecules, and are routinely solved with heuristic classical methods such as the ``gold standard'' CCSD(T) coupled cluster model, incurring a formal time complexity $O(n^7)$ in the number of molecular orbitals and with no guarantee of energy error $\varepsilon$ at or below chemical accuracy. In this work, a quantum algorithm is presented for ground state energy estimation of weakly correlated molecules using Trotterized time evolution, with an end-to-end quantum operations cost that scales as $\tilde{O}(n^{4.8}/\varepsilon^2)$ in the limit of high-order product formulae when run as a low-depth, shot-noise limited algorithm, or $\tilde{O}(n^{4.8} + n^{3.8}/\varepsilon)$ when scaling the simulation time $T\propto 1/\varepsilon$. The algorithm combines adiabatic state preparation using a smoothed Gevrey schedule with eigenstate filtering via quantum prolate diagonalization (QPD). Both steps of the algorithm rely on a size-independent spectral gap assumption, which is validated by numerical studies on alanine chains with up to 64 monomers. We benchmark the performance of our eigenstate filtering algorithm on a set of 28 molecules to compare our approach against prior phase estimation algorithms, finding that QPD achieves state-of-the-art cost tradeoffs for $\varepsilon$-accurate results. Physical quantum resource estimates are obtained for running Trotter step circuits with up to 40 spin-orbitals, providing a clear path for scaling up quantum simulation of chemistry on early fault-tolerant hardware.
- Abstract（参考訳）: 弱い相関の電子構造は分子間で支配的であり、h`gold Standard'' CCSD(T)結合クラスタモデルのようなヒューリスティックな古典的手法で定期的に解決され、分子軌道の数で公式な時間複雑性$O(n^7)$を発生させ、化学精度以下でエネルギーエラー$\varepsilon$を保証しない。
この研究では、トロッター時間進化を用いた弱相関分子の基底状態エネルギー推定のための量子アルゴリズムが提示され、シミュレーション時間に$T\propto 1/\varepsilon$をスケーリングする場合は$T\propto 1/\varepsilon$を、低深さ、ショットノイズ制限アルゴリズムとして実行する場合の高次積公式の極限で$\tilde{O}(n^{4.8} + n^{3.8}/\varepsilon$としてスケールする。
このアルゴリズムは、スムーズなGevreyスケジュールと量子プロレート対角化(QPD)による固有状態フィルタリングを用いて、断熱状態の準備を行う。
アルゴリズムのどちらのステップも大きさに依存しないスペクトルギャップの仮定に依存しており、最大64個のモノマーを持つアラニン鎖に関する数値的研究によって検証されている。
我々は,28分子からなる固有状態フィルタリングアルゴリズムの性能をベンチマークし,従来の位相推定アルゴリズムと比較し,QPDが$\varepsilon$-accurateの結果に対して最先端のコストトレードオフを達成できることを見出した。
物理量子リソース推定は、最大40個のスピン軌道を持つトロッターステップ回路を実行するために得られ、初期のフォールトトレラントハードウェア上での化学の量子シミュレーションをスケールアップするための明確な経路を提供する。
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