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Development of quantum algorithms for quantum chemical calculations by utilizing spin symmetries

利用自旋对称性开发量子化学计算的量子算法

基本信息

批准号：
21K03407
负责人：
杉崎研司
金额：
$ 2万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

量子化学計算は量子コンピュータの近い将来の計算ターゲットとして注目を集めているが、分子の物性や化学反応性などはスピン状態に依存するため、量子化学計算を実際の化学研究に役立てるためには正しいスピン状態について量子化学計算を実行することが必須である。また、量子位相推定アルゴリズムに基づく量子化学計算では、求めたい電子状態の波動関数と大きな重なりを持つ、良い近似波動関数を準備する必要がある。断熱量子アルゴリズムの一種である断熱状態生成法（ASP法）は、時間依存ハミルトニアンのもとでの波動関数の時間発展を用いて、平均場近似であるハートリー・フォック（HF）波動関数から電子相関の効果を取り込んだ波動関数を生成する手法であるが、ASP法は特に分子内に不対電子を含むような多スピン系への応用が難しいという問題を抱えていた。そこで、ASP法において、敢えてスピン対称性が破壊されたbroken-symmetry（BS）波動関数からスタートし、スピン二乗演算子をペナルティ項として時間依存ハミルトニアンに追加することで、電子相関の効果を含む多スピン系の波動関数を通常のASP法よりも高速に準備できる手法を開発した。本手法は特に共有結合が切れた分子構造など、HF波動関数が良い近似とならない系において非常に効力を発揮する。ASP法の出発波動関数としてHF波動関数とBS波動関数のどちらを選択すればよいかを、開殻電子構造の寄与の指標であるジラジカル因子を用いて決定する手法も提案した。このほか、任意の電子状態間のエネルギー差を直接計算することができる一般的な量子アルゴリズムである量子位相差推定アルゴリズムの全エネルギー計算、エネルギー核座標微分計算、相対論的量子化学計算への応用も行うとともに、GPUを用いた量子回路数値シミュレーション高速化についても報告した。

Quantum chemistry calculation. In the near future, the calculation of quantum chemistry is very important. In the future, it is necessary to calculate the chemical properties of molecules, the chemical reaction of molecules, the state of dependence, and the quantum chemistry calculation. The quantum phase deduction is based on the calculation of quantum chemistry, the calculation of the number of electronic state waves, and the preparation of the number of good approximate waves. In this paper, we use the ASP method, the time-dependent method and the average field method. The ASP method is used in the study of intramolecular electronic devices, which contains many kinds of chemicals. In this paper, the ASP method is used to detect the number of waves in broken-symmetry (BS). In general, the number of waves in the ASP method is higher than that in the control group, and the number of waves in the ASP method is higher. This technique is combined with the combination of molecular imaging and HF wave activity, which is similar to that of the device. The ASP method calculates the number of waves, the number of HF waves, the number of BS waves, the number of candidates, the number of messages, the number of waves, the number of waves, the number of BS waves, the number of waves, the number of waves, the number of The direct calculation of the difference of quantum phase between two or more electronic devices, the estimation of the quantum phase difference in general, the differential calculation of the nuclear pedestal, the differential calculation of the nuclear pedestal, the quantum chemistry calculation of the phase theory, the quantum chemistry calculation of the phase theory, the quantum chemistry calculation of the phase theory, the quantum chemistry calculation of the phase theory, the quantum chemistry calculation of the phase theory, the quantum chemistry calculation of the phase theory. GPU uses the number of quantum circuits to increase the speed of the report.

项目成果

期刊论文数量（39）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

量子化学計算の高効率量子アルゴリズムの開発

开发用于量子化学计算的高效量子算法

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
杉崎研司;V. S. Prasannaa;大島聡史;片桐孝洋;望月祐志;B. K. Sahoo;B. P. Das;杉崎研司
通讯作者：
杉崎研司

Molecular Optimization for Nuclear Spin State Control via a Single Electron Spin Qubit by Optimal Microwave Pulses: Quantum Control of Molecular Spin Qubits

通过最佳微波脉冲通过单电子自旋量子位控制核自旋状态的分子优化：分子自旋量子位的量子控制

DOI：
10.1007/s00723-021-01392-5
发表时间：
2022
期刊：
Applied Magnetic Resonance
影响因子：
1
作者：
Shibata Taiki;Yamamoto Satoru;Nakazawa Shigeaki;Lapasar Elham Hosseini;Sugisaki Kenji;Maruyama Koji;Toyota Kazuo;Shiomi Daisuke;Sato Kazunobu;Takui Takeji
通讯作者：
Takui Takeji

Variational quantum eigensolver simulations with the multireference unitary coupled cluster ansatz: a case study of the C2v quasi-reaction pathway of beryllium insertion into a H2 molecule

多参考酉耦合簇 ansatz 的变分量子本征解算器模拟：铍插入 a 中的 C2v 准反应途径的案例研究