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公開番号2025173532
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-28
出願番号2024079077
出願日2024-05-15
発明の名称量子化学計算プログラム、量子化学計算方法、および情報処理装置
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類G06N 10/60 20220101AFI20251120BHJP(計算;計数)
要約【課題】VQEの計算の効率化を図る。
【解決手段】情報処理装置10は、第3の式における係数の値の更新処理と多電子系の基底状態の探査処理とを繰り返す。第3の式は、多電子系の物理量を計算する第1の式に、多電子系内の電子数に関する第2の式に係数を乗算した項を追加した式である。探索処理は多電子系の量子状態に応じた第3の式の期待値が低下するように多電子系の量子状態を変化させることにより多電子系の基底状態を探索する変分量子固有値ソルバー法での探索処理である。情報処理装置10は、k+1回目の探索処理では、1回目からk回目までのいずれかの探索処理における多電子系の終状態を、k+1回目の探索処理における多電子系の初期状態として、初期状態から、第3の式の期待値が低下するように多電子系の量子状態を変化させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
多電子系の物理量を計算する第１の式に、前記多電子系内の電子数に関する第２の式に係数を乗算した項を追加した第３の式における前記係数の値の更新処理と、前記多電子系の量子状態に応じた前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の前記量子状態を変化させることにより前記多電子系の基底状態を探索する変分量子固有値ソルバー法での探索処理とを交互に繰り返し、
ｋ＋１回目（ｋは自然数）の前記探索処理では、１回目からｋ回目までのいずれかの前記探索処理における前記多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の前記探索処理における前記多電子系の初期状態として、前記初期状態から、前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の量子状態を変化させる、
量子化学計算プログラム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
ｋ＋１回目の前記探索処理では、ｋ回目の前記探索処理における前記多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の前記探索処理における前記多電子系の前記初期状態とする、
請求項１記載の量子化学計算プログラム。
【請求項３】
ｋ＋１回目の前記探索処理では、１回目からｋ回目までの前記探索処理で使用した前記第３の式の前記係数の値それぞれと、ｋ＋１回目の前記探索処理で使用する前記第３の式の前記係数の値との差に基づいて一の値を選択し、選択した前記一の値を前記係数の値とする前記第３の式を使用して実行された前記探索処理における前記多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の前記探索処理における前記多電子系の前記初期状態とする、
請求項１記載の量子化学計算プログラム。
【請求項４】
前記探索処理では、前記多電子系内の電子数の変動を許容して前記多電子系の量子状態を変化させ、前記多電子系の終状態における前記多電子系内の電子数が所定の要件を満たしたときの前記多電子系の終状態を、前記多電子系の基底状態と判定する、
請求項１記載の量子化学計算プログラム。
【請求項５】
多電子系の物理量を計算する第１の式に、前記多電子系内の電子数に関する第２の式に係数を乗算した項を追加した第３の式における前記係数の値の更新処理と、前記多電子系の量子状態に応じた前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の前記量子状態を変化させることにより前記多電子系の基底状態を探索する変分量子固有値ソルバー法での探索処理とを交互に繰り返し、
ｋ＋１回目（ｋは自然数）の前記探索処理では、１回目からｋ回目までのいずれかの前記探索処理における前記多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の前記探索処理における前記多電子系の初期状態として、前記初期状態から、前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の量子状態を変化させる、
量子化学計算方法。
【請求項６】
多電子系の物理量を計算する第１の式に、前記多電子系内の電子数に関する第２の式に係数を乗算した項を追加した第３の式における前記係数の値の更新処理と、前記多電子系の量子状態に応じた前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の前記量子状態を変化させることにより前記多電子系の基底状態を探索する変分量子固有値ソルバー法での探索処理とを交互に繰り返し、ｋ＋１回目（ｋは自然数）の前記探索処理では、１回目からｋ回目までのいずれかの前記探索処理における前記多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の前記探索処理における前記多電子系の初期状態として、前記初期状態から、前記第３の式の期待値が低下するように前記多電子系の量子状態を変化させる処理部、
を有する情報処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子化学計算プログラム、量子化学計算方法、および情報処理装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
量子コンピュータを使用した量子化学計算の１つに変分量子固有値ソルバー法（ＶＱＥ：Variational Quantum Eigensolver）と呼ばれる計算手法がある。ＶＱＥは、量子力学の多電子系における物理量の固有値（例えばエネルギーの最小固有値）および固有状態を計算する手法である。ＶＱＥでは、例えば以下の手順で、分子の基底状態のエネルギー期待値（エネルギーの最小固有値）が計算される。
１．古典コンピュータからの制御により、量子コンピュータ内に量子力学の多電子系における試行状態「｜ψ（θ）＞」を生成する（θは実数のパラメータ）。
２．量子コンピュータが試行状態のエネルギーの期待値「＜ψ（θ）｜Ｈ｜ψ（θ）＞」を計算する（Ｈはハミルトニアン）。
３．古典コンピュータは、エネルギーの期待値の計算結果をもとに、その期待値「＜ψ（θ）｜Ｈ｜ψ（θ）＞」を小さくするようにパラメータθの値を更新する。
【０００３】
古典コンピュータと量子コンピュータとの連係動作により、エネルギーの期待値「＜ψ（θ）｜Ｈ｜ψ（θ）＞」の値が収束するまで上記の処理が繰り返される。これにより、近似的なエネルギー最小値およびその状態が求まる。
【０００４】
試行状態「｜ψ（θ）＞」の関数形は、量子コンピュータでの計算効率がよいものが選択される。選択される関数形によっては、想定している条件から外れた状態（例えば電子数が正しくない状態）が得られてしまう場合がある。その場合は、例えばエネルギーを得る演算子（ハミルトニアンＨ)にペナルティ項を追加した式「Ｈ（μ）：＝Ｈ＋μＣ」（μは係数、ＣはＨの状態における電子数）を用い、Ｈ（μ）の期待値を最小化する状態を求めるＶＱＥの計算が行われる。
【０００５】
量子コンピュータにおけるペナルティ項を用いた計算としては、例えば離散二次モデルの解を求めるためのハイブリッドアルゴリズムが提案されている。量子近似最適化におけるコスト関数の変形方法も提案されている。量子コンピュータ上の混合二元最適化問題における不等式制約を処理するためのシステムを改善し、システムの性能を大幅に向上させる技術も提案されている。さらに、量子の強化された特徴生成の最適化を容易にするシステムも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特表２０２３－５０７１３９号公報
特表２０２１－５０４８０５号公報
米国特許出願公開第２０２１／０２１６８９７号明細書
米国特許出願公開第２０２３／０１４３０７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ペナルティ項を含む関数によるＶＱＥの計算では、ペナルティ項の係数の値を更新しながらＶＱＥ計算が繰り返し実行されこととなる。そのため、ＶＱＥ計算を繰り返し実行することにより、エネルギー基底値が求まるまでの計算時間が増大してしまう。
【０００８】
１つの側面では、本発明は、ＶＱＥの計算の効率化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの案では、以下の量子化学計算プログラムが提供される。
コンピュータは、多電子系の物理量を計算する第１の式に、多電子系内の電子数に関する第２の式に係数を乗算した項を追加した第３の式における係数の値の更新処理と、多電子系の量子状態に応じた第３の式の期待値が低下するように多電子系の量子状態を変化させることにより多電子系の基底状態を探索する変分量子固有値ソルバー法での探索処理とを交互に繰り返する。そしてコンピュータは、ｋ＋１回目（ｋは自然数）の探索処理では、１回目からｋ回目までのいずれかの探索処理における多電子系の終状態を、ｋ＋１回目の探索処理における多電子系の初期状態として、初期状態から、第３の式の期待値が低下するように多電子系の量子状態を変化させる。
【発明の効果】
【００１０】
１態様によれば、ＶＱＥの計算の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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