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Quantum chemistry on quantum computers: quantum simulations of the time evolution of wave functions under the S^2 operator and determination of the spin quantum number S
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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本文 (1.2 MB)
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| Item type | 共通(1) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 公開日 | 2019-07-26 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| タイトル | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| タイトル | Quantum chemistry on quantum computers: quantum simulations of the time evolution of wave functions under the S^2 operator and determination of the spin quantum number S | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 作成者 |
杉崎, 研司
× 杉崎, 研司
KAKEN2
1000070514529
× 中澤, 重顕
KAKEN2
1000070342821
× 豊田, 和男
KAKEN2
1000060347482
× 佐藤, 和信
KAKEN2
1000090264796
× 塩見, 大輔
KAKEN2
1000040260799
× 工位, 武治
KAKEN2
1000010117955
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| 権利情報 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 権利情報 | © the Owner Societies 2019. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | 量子コンピュータ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | 量子アルゴリズム | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 主題 | quantum computer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | 共有結合解離で生成するジラジカルや単分子メモリデバイスなどへの応用が期待されている単分子磁石、酵素タンパク質の酵素活性を担う金属クラスターの多くは分子内に不対電子と呼ばれる電子対を作っていない電子を持ち、開殻分子と呼ばれます。不対電子は分子内で上向きスピン(aスピン)状態、下向きスピン(bスピン)状態という2種類の状態のどちらかをとります。分子内に複数の不対電子をもつ開殻分子では、不対電子間に量子力学な相互作用が働くため、2つの電子スピンが平行に並ぶか反平行に並ぶかによってエネルギーが変わります。2つの電子スピンが平行に並ぶと分子は三重項状態(S = 1)に、反平行に並ぶと一重項状態(S = 0)にあるとして区別されます。この時の鍵となる物理量が、スピン量子数Sと呼ばれるものです。開殻分子ではエネルギーが最も低い状態である基底状態のエネルギー的近傍にスピン量子数の異なる電子状態が数多く存在しているため、基底状態のスピン量子数を決定することが非常に重要な課題となります。量子コンピュータを使うことで基底状態のエネルギーを超高速に求めることができますが、求まった電子状態のスピン量子数を明らかにしなければ電子状態を解明したことにはなりません。しかし、量子コンピュータ上で任意の波動関数のスピン量子数を決定することができる量子アルゴリズムはこれまで報告されていませんでしたが、今回初めて発見されました。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | Quantum computers have an enormous impact on quantum chemical calculations. Approaches to calculate the energies of atoms and molecules on quantum computers by utilizing quantum phase estimation (QPE) and the variational quantum eigensolver (VQE) have been well documented, and dozens of methodological improvements to decrease computational costs and to mitigate errors have been reported until recently. However, the possible methodological implementation of observables on quantum computers such as calculating the spin quantum numbers of arbitrary wave functions, which is a crucial issue in quantum chemistry, has been discussed less. Here, we propose a quantum circuit to simulate the time evolution of wave functions under an S2 operator, exp(−iS2t)|Ψ〉, and integrate it into the QPE circuit enabling us to determine the spin quantum number of the arbitrary wave functions. We demonstrate that the spin quantum numbers of up to three spins can be determined by only one qubit measurement in QPE. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | This work was supported by the AOARD Scientific Project on "Molecular Spins for Quantum Technologies" (Grant FA2386-17-1-4040, 4041), USA, and by Grants-in-Aid for Scientific Research B (17H03012), Scientific Research C (18K03465) and C (17K05840) from the MEXT, Japan. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出版者 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出版者 | Royal Society of Chemistry | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | eng | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 記事種別等 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 内容記述 | Paper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 資源タイプ | journal article | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出版タイプ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 識別子 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 識別子 | https://doi.org/10.1039/C9CP02546D | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 識別子タイプ | DOI | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 関連情報 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 識別子タイプ | NCID | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 関連識別子 | AA11723355 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 書誌情報 |
en : Physical Chemistry Chemical Physics 巻 21, 号 28, p. 15356-15361, 発行日 2019-07-28 |
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| 収録物識別子 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 収録物識別子タイプ | ISSN | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 収録物識別子 | 1463-9084 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
