Solving complex eigenvalue problems on a quantum annealer with applications to quantum scattering resonances

文献情報

出版日 2020-10-02
DOI 10.1039/D0CP04272B
インパクトファクター 3.676
著者

Alexander Teplukhin, Brian K. Kendrick, Dmitri Babikov


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要旨

Quantum computing is a new and rapidly evolving paradigm for solving chemistry problems. In previous work, we developed the Quantum Annealer Eigensolver (QAE) and applied it to the calculation of the vibrational spectrum of a molecule on the D-Wave quantum annealer. However, the original QAE methodology was applicable to real symmetric matrices only. For many physics and chemistry problems, the diagonalization of complex matrices is required. For example, the calculation of quantum scattering resonances can be formulated as a complex eigenvalue problem where the real part of the eigenvalue is the resonance energy and the imaginary part is proportional to the resonance width. In the present work, we generalize the QAE to treat complex matrices: first complex Hermitian matrices and then complex symmetric matrices. These generalizations are then used to compute a quantum scattering resonance state in a 1D model potential for O + O collisions. These calculations are performed using both a software (classical) annealer and hardware annealer (the D-Wave 2000Q). The results of the complex QAE are also benchmarked against a standard linear algebra library (LAPACK). This work presents the first numerical solution of a complex eigenvalue problem of any kind on a quantum annealer, and it is the first treatment of a quantum scattering resonance on any quantum device.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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