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フラグメント分子軌道法(FMO法)は、静電ポテンシャル(ESP)下での埋め込みに基づき、対象系を小さなフラグメントに分割することで、高分子系を効率的に扱う一般的な手法の一つである。このようなフラグメント法は、量子コンピュータ上での量子化学計算において、回路をフラットにすることができるという利点が期待されている。本研究では、水素結合系(FH)$_3$と(FH)$_2$-H$_2$Oをテストベッドとして、GPUを用いた量子シミュレータ(cuQuantum)を用いて、FMO計算の電子相関部分を変分量子固有値ソルバー(VQE)を用いたユニタリークラスター連成(UCCSD)として実行した。数値シミュレーションの結果、UCCSDアサッツのトロッター分解は軌道不変条件を破り、対称的に等価な分子に対して異なる全エネルギーが得られることがわかった。また、二量体に非局在化した分子軌道を使用する場合、トロッター分解UCCSDはFMOスキームにおける必須要件であるサイズ整合性を満たさないことが確認された。GPUによる加速は、より大きな量子ビット数のシミュレーションで顕著であり、18量子ビット系では約5.8～7.5倍であった。
http://arxiv.org/abs/2402.17993v1 (ar5iv, pdf)
Kenji Sugisaki, Tatsuya Nakano, Yuji Mochizuki
2024/02/28
Summary (DeepL訳)
フラグメント分子軌道法(FMO法)は、静電ポテンシャル(ESP)下での埋め込みに基づき、対象系を小さなフラグメントに分割することで、高分子系を効率的に扱う一般的な手法の一つである。このようなフラグメント法は、量子コンピュータ上での量子化学計算において、回路をフラットにすることができるという利点が期待されている。本研究では、水素結合系(FH)$_3$と(FH)$_2$-H$_2$Oをテストベッドとして、GPUを用いた量子シミュレータ(cuQuantum)を用いて、FMO計算の電子相関部分を変分量子固有値ソルバー(VQE)を用いたユニタリークラスター連成(UCCSD)として実行した。数値シミュレーションの結果、UCCSDアサッツのトロッター分解は軌道不変条件を破り、対称的に等価な分子に対して異なる全エネルギーが得られることがわかった。また、二量体に非局在化した分子軌道を使用する場合、トロッター分解UCCSDはFMOスキームにおける必須要件であるサイズ整合性を満たさないことが確認された。GPUによる加速は、より大きな量子ビット数のシミュレーションで顕著であり、18量子ビット系では約5.8～7.5倍であった。
Links
http://arxiv.org/abs/2402.17993v1 (ar5iv, pdf)
Authors
Kenji Sugisaki, Tatsuya Nakano, Yuji Mochizuki
Published
2024/02/28