2022 Fiscal Year Annual Research Report
A semi-empirical modeling of electronic states of multi-transition metal complex for quantum computing
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21K20536
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉田 悠一郎 大阪大学, 量子情報・量子生命研究センター, 特任研究員(常勤) (80911601)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子化学 / 有効ハミルトニアン / 強相関電子系 / 量子計算 / 第一原理計算 / 共役系 / 低エネルギー模型 / 溶媒和理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子の電子状態の量子コンピュータによる計算を見通しよく簡便に実行できるようにするという目的のために、固体物理学分野で開発が進められている第一原理ダウンフォールディング法に着目し、共役系分子の有効模型の構築研究を進めた。構築した有効模型は、共役系分子の多配置の電子状態の記述に関して重要な寄与をすると考えられる少数の自由度のみで表現される模型となっている。また、構築した有効模型は、電子自由度を減らすだけでなく、電子間の相互作用の記述に関しても第一原理ハミルトニアンと比べて簡単なものとなっている。実際に開発した有効模型を使って励起エネルギーを従来型のコンピュータで算出したところ、高精度量子化学計算の傾向を概ね再現することができた。電子波動関数の特徴に関しても調べたところ、有効模型の電子基底状態と電子励起状態は、完全活性空間配置間相互作用法の配置間相互作用係数の特徴をある程度捉えることができていた。よって、構築した有効模型は電子基底状態と電子励起状態を安価にバランスよく記述することに成功したと考えている。
昨年度報告した変分量子固有ソルバー（VQE）による溶媒環境下における分子の量子化学計算の従来型コンピュータを用いたシミュレーション研究に関しては、成果を論文としてまとめ、プレプリントサーバーarXivにて公開することができた。溶媒の統計力学理論とVQEの組み合わせにより、分子のエネルギー曲線や溶媒分布をリーズナブルに再現できることを報告した。また特に量子計算コストの側面に関して、溶媒和を含んだ分子のハミルトニアンを量子計算をする場合と溶媒効果を含まない場合を比較して、両者の間で量子計算コストは実質的に変わらないであろうことを見出した。
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