Exploring relativistic quantum chemistry with 'quantum inspired' algorithms
Project/Area Number |
21K18933
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
水上 渉 大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 准教授 (10732969)
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Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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Keywords | クリフォード回路 / フェルミオン影像法 / 相対論的量子化学 / 機械学習波動関数 / 制限ボルツマンマシン / 量子インスパイアード / 変分モンテカルロ / 量子インスパイアド / ニューラルネット / 第一原理計算 |
Outline of Research at the Start |
本研究では近年発展の著しい量子アルゴリズムを応用した古典アルゴリズムを用ることで、重原子を含む系にあらわれうる複雑な量子状態のコンパクトな記述を可能とする方法論の確立を目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
近年発展の著しい量子情報の知見を導入・援用した量子「インスパイアード」アルゴリズ ムにより、相対論的量子化学のための電子状態理論の開発が本研究の目的である。研究方法としては、化学系の量子コンピューティングで使われる電子系から量子ビット系への変換を軸として、ニューラルネットワークの高い表現能力を利用したニューラルネットワーク量子状態(NQS)を使うことと、量子情報で使われるスタビライザー状態の利用という2つを軸として進めている。2年目である2022年度は、スタビライザー状態を生成・利用するためのクリフォード回路に関する研究をおこなった。クリフォード回路は、量子重ね合わせをもつ量子状態を生成するが、古典的に効率的にシミュレート可能な量子回路として知られている。まず、このクリフォード回路を最適化するための枠組みであるCAFQAと呼ばれる方法を実装した。粒子数保存などの対称性を利用した回路を利用し、その回路パラメータの離散最適化をおこなうことで、化学の問題により適したものを実装することを目指した。また、派生研究としてフェルミオン影像法という技術により、量子コンピュータ上の波動関数から効率的に高次のRDMを構築し、MRCIのような多参照理論に基づく量子化学計算を実効する方法も提案した。クリフォード回路の古典コンピュータ上での量子化学計算への応用については、クリフォード回路シミュレータと相対論的ハミルトニアンを用いたエネルギー計算の実装に現在取り組んでいるところである。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
クリフォード回路シミュレータと相対論的ハミルトニアンを用いたエネルギー計算の実装が完了しておらず、スタビライザー状態の量子化学計算への応用が完了していないため。これは次年度の持ち越しとなっている。
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Strategy for Future Research Activity |
2022年度に終わらなかった、クリフォード回路シミュレータを利用した量子化学計算の実装を完了し数値検証をおこなう。また、その方法をさらにNQSと接続し、その性能検証もおこなう予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)