Kuantum Kimyası Kitaplığı TanıtımıIntroduction to the Quantum Chemistry Library

Fiziksel sistemlerin simülasyonu, uzun süredir kuantum işlemde merkezi bir rol oynamaktadır.Simulation of physical systems has long played a central role in quantum computing. Bu, sistem simülasyonunun karmaşıklığının söz konusu kuantum sisteminin boyutuyla katlanarak büyümesiyle kuantum dinamikleri simülasyonlarının kuantum bilgisayarlarda yapılamayacak kadar zor olduğu düşünüldüğündendir.This is because quantum dynamics are widely believed to be intractable to simulate on quantum computers, meaning that the complexity of simulating the system scales exponentially with the size of the quantum system in question. Kimya ve malzeme biliminde sorunların simülasyonunun yapılması kuantum işlemi en fazla çağrıştıran kullanımdır. Bu, şu ana kadar simülasyonunun yapılması mümkün olmayan kimyasal tepkime mekanizmalarını araştırmamıza olanak tanır.Simulating problems in chemistry and material science remains perhaps the most evocative application of quantum computing and would allow us to probe chemical reaction mechanisms that hitherto were beyond our ability to measure or simulate. Yüksek sıcaklıkta çalışabilen süper iletkenler gibi ilişkili elektronik malzemelerin simülasyonunu yapmamıza da olanak tanır.It would also allow us to simulate correlated electronic materials such as high-temperature superconductors. Bu alandaki uygulamaların listesi oldukça büyüktür.The list of applications in this space is vast.

Bu belgenin amacı, kuantum bilgisayarlardaki elektronik yapı sorunlarının simülasyonunu yapmaya yönelik kısa bir tanıtıcı sunup okuyucunun Hamiltonian simülasyon kitaplığının birçok yönünün uzayda oynadığı rolü anlamasını sağlamaktır.The purpose of this documentation is to provide a concise introduction to simulating electronic structure problems on quantum computers in order to help the reader understand the role that many aspects of the Hamiltonian simulation library play within the space. Kuantum mekaniklerine yönelik kısa bir tanıtım ile başlayıp elektronik sistemlerin bunda nasıl modellendiğini ele alacağız.We begin with a brief introduction to quantum mechanics and then proceed to discuss how electronic systems are modeled in it. Ardından, bu tür kuantum dinamiklerinin bir kuantum bilgisayar kullanılarak nasıl öykünülebileceğini tartışacağız.We will then discuss how such quantum dynamics can be emulated using a quantum computer. Bu tamamlandıktan sonra, kuantum dinamiklerini basit geçit dizilerinde derlemek için kullanılan iki yöntemi işleyeceğiz: Trotter-Suzuki ayrıştırmaları ve qubit’leştirmesi.Once this is complete we will discuss two methods used to compile the quantum dynamics to sequences of elementary gates: Trotter-Suzuki decompositions and qubitization.