論文の概要: Quantum Simulation of Electronic Structure using Quantum Density Functional Theory on a Programmable Integrated Photonic Circuit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.04694v1
- Date: Tue, 03 Nov 2026 11:18:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-11-09 14:04:39.437662
- Title: Quantum Simulation of Electronic Structure using Quantum Density Functional Theory on a Programmable Integrated Photonic Circuit
- Title（参考訳）: プログラマブル集積フォトニック回路における量子密度関数理論を用いた電子構造の量子シミュレーション
- Abstract要約: 我々は、$N$軌道のシステムをシミュレートするために$mathcalO(log_2(N)$ qubitsしか必要としないQ-DFTアルゴリズムを提案し、実験的に検証する。
より正確には、変分量子固有解法パラダイムのアンサンブル拡張を用いて、水素化リチウム(LiH)分子のコーン-シャム問題を解く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum simulations of molecular electronic structure hold the potential for computational advantage but are inherently limited by the linear scaling of qubit requirements with respect to system size. Quantum Density Functional Theory (Q-DFT) addresses this constraint by reformulating the interacting many-body problem in terms of a non-interacting Kohn--Sham reference system. Here, we present and experimentally validate a Q-DFT algorithm that requires only $\mathcal{O}(\log_2(N))$ qubits to simulate a system of $N$ orbitals, thereby reducing resource overhead. More precisely, we solve the Kohn--Sham problem for the lithium hydride (LiH) molecule using the ensemble extension of the variational quantum eigensolver paradigm that minimizes the energy of the system in the subspace spanned by the ground and first excited states. To execute this task, we encode the problem with qubits on a quantum photonic platform, utilizing an architecture that combines a deterministic quantum dot single-photon source with a programmable integrated photonic circuit. By evaluating the molecular ground- and first excited-state properties, this work establishes a pathway for simulating larger molecular systems, demonstrating the viability of integrating qubit-efficient algorithms with advanced reconfigurable photonic hardware for near-term quantum chemistry applications.
- Abstract（参考訳）: 分子電子構造の量子シミュレーションは計算上の優位性を持つが、本質的にはシステムサイズに関する量子ビット要求の線形スケーリングによって制限される。
量子密度汎関数理論(Q-DFT)は、相互作用する多体問題を非相互作用的なコーン-シャム参照系によって再定義することで、この制約に対処する。
ここでは、$N$軌道のシステムをシミュレートするために$\mathcal{O}(\log_2(N))$ qubitsしか必要としないQ-DFTアルゴリズムを提案し、実験により検証する。
より正確には、基底と第一励起状態に分散した部分空間における系のエネルギーを最小化する変分量子固有解法パラダイムのアンサンブル拡張を用いて、水素化リチウム(LiH)分子のコーン・シャム問題を解く。
量子フォトニックプラットフォーム上での量子ビットの問題を,決定論的量子ドット単一光子源とプログラマブル集積フォトニック回路を組み合わせたアーキテクチャを用いてエンコードする。
この研究は、分子基底と最初の励起状態の性質を評価することによって、より大規模な分子系をシミュレートする経路を確立し、量子化学応用のための高度な再構成可能なフォトニックハードウェアと量子ビット効率のアルゴリズムを統合することの可能性を実証する。
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