メインコンテンツまでスキップ

1. 基礎編 :VQEで基底状態を計算してみよう

水素分子（H2\text{H}_2）の電子基底状態計算を例として、簡単な計算の流れを説明します。

1-1. 計算手順​

1-1-1. ログイン​

Log In ボタンを押し、登録したメールアドレスとパスワードを入力してログインします。

1-1-2. 分子情報の入力​

Basic / Molecule欄に、計算対象分子の情報を入力します。

  1. 原子座標を Coordinate 欄に入力します。 各原子ごとに1行ずつ、 元素記号 X座標 Y座標 Z座標 の順に、単位をÅとして入力します。 この例では、以下の構造を入力します。
H 0.0 0.0 0.35
H 0.0 0.0 -0.35

AvogadroやMolviewなどのサービスを用いると、計算したい分子のxyz形式の構造を作成できます。

  1. Basis 欄に、計算に用いる基底関数系を入力します。この例では sto-3g と入力します。

1-1-3. SCF計算の設定​

Basic / SCF Settings 欄に、SCF計算の情報を入力します。

  1. 計算対象のスピン多重度を Multiplicity 欄に入力します。 水素分子の基底状態は一重項状態ですので、この例では 1 と入力します。

  2. 計算対象の電荷を Charge 欄に入力します。 この例では 0 と入力します。

1-1-4. 活性空間の設定​

Basic / Active space 欄に、計算に用いる活性空間の情報を入力します。

  1. 活性空間の電子数を Number of electrons 欄に入力します。 水素分子には2個の電子が含まれますので、この例では 2 と入力します。

  2. 活性空間の軌道数を Number of orbitals 欄に入力します。 この例では 2 と入力します。 sto-3g 基底で水素分子を計算した場合、それぞれの水素原子が1つずつ持つ 1s 軌道の線型結合により、2つの分子軌道が生成されます。

1-1-5. シミュレーション手法の設定​

Advanced / Device 欄で、量子回路のシミュレーション手法を選択します。デフォルトで State vector simulator が選択されているため、この例ではそのまま実行します。

1-1-6. 計算の実行​

Launch ボタンをクリックし、計算を実行します。計算が終了すると、結果表示画面に遷移します。

1-2. 結果の確認​

1-2-1. Job Result​

Job Result / Status が Success となっていることを確認します。

1-2-2. Molecule Results​

Molecule Results 欄から、エネルギーなどの計算結果を確認します。

  1. VQE & classical CASCI results 欄で、エネルギーの計算結果を確認します。 VQE は量子回路シミュレータによる結果、 CASCI は古典アルゴリズムにより求めたCASCIハミルトニアンの固有値です。

  2. Structure 欄に、入力した分子構造が図示されます。

  3. Cost function history から、VQEのコスト関数の最適化過程を確認できます。 この例では、コスト関数はエネルギーの値そのものとなっています。

1-2-3. Quantum Resources​

Quantum Resources 欄から、この計算で用いた量子回路とそのシミュレーションに関する情報を確認します。

  1. Quantum Circuit 欄に、量子回路に関する情報が表示されます。
  • Number of qubits : 量子回路に必要な量子ビットの数です。この例では、活性空間のスピン軌道の数である 4 と一致します。
  • Number of params : 量子回路に必要なパラメータ数です。
  • Number of gates : 量子回路に必要な量子ゲートの総数です。
  • Number of 1-qubit gates : 量子回路に必要な1-qubitゲートの数です。
  • Number of 2-qubit gates : 量子回路に必要な2-qubitゲートの数です。
  1. Sampling 欄に、サンプリング計算に関する情報が表示されます。
  • Observable groups : コスト関数に含まれる、同時測定可能な演算子グループの数です。
  • Total shots : 計算に用いられたショット数（サンプリング回数）の合計です。

この例では、State vector simulator を用いているため、 Total shots は 0 と表示されます。

  1. Estimated execution time 欄に、実機の量子コンピュータでこの計算を行ったときの実行時間の推定値が表示されます。
  • Superconductor (s) : 超伝導方式の量子コンピュータでの実行時間の推定値です。
  • Trapped ion (s) : イオントラップ方式の量子コンピュータでの実行時間の推定値です。

この例では、State vector simulator を用いているため、 どちらも 0 と表示されます。