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Simulating Electron Transfer on Noisy Quantum Computers

Gajewski, Marvin und Somoza, Alejandro und Horstmann, Birger (2025) Simulating Electron Transfer on Noisy Quantum Computers. Translating Quantum Models into Industrial Value, 2025-11-24 - 2025-11-26, Karlsruhe, Deutschland.

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Kurzfassung

While simple spin-boson models have been realized on quantum hardware, simulating extended electronic networks with vibrational environments remains a fundamental challenge in the presence of non-equilibrium, long-lived electronic-vibrational (vibronic) coherence. We present a toolbox for the digital simulation of large open quantum systems with structured environments. It exploits the intrinsic damping of qubits to reproduce vibrational relaxation in combination with a model-specific error mitigation scheme to filter out sources of noise that are not present in the target open system. We simulated a microscopic model of electron-transfer (ET) with a single donor and up to nine acceptor sites on a superconducting processor of IBM, using a model-specific error mitigation scheme. Our results using up to 20 qubits reveal a probability of ET that is well aligned with classical calculations where electronic and vibronic transfer resonances can be identified at the expected driving forces. We conducted 10 independent experiments per system size on different days, accounting for hourly fluctuations in error rates. We find that the most important ingredient for large-scale simulations is a large number of available qubits connected by high-fidelity gates, with coherence times above the threshold set by the target open system. Because the vibronic mechanism of electron transfer is entanglement-driven, our simulation is a natural application-based benchmark, in which the hardware capacity to produce and sustain entanglement is quantified by the maximum system size for which the hardware produces accurate results.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220175/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Simulating Electron Transfer on Noisy Quantum Computers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gajewski, Marvinmarvin.gajewski (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8130-6698NICHT SPEZIFIZIERT
Somoza, Alejandroalejandro.somoza (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 November 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Computing, Electron Transfer, Batteries, Electrochemistry
Veranstaltungstitel:Translating Quantum Models into Industrial Value
Veranstaltungsort:Karlsruhe, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:24 November 2025
Veranstaltungsende:26 November 2025
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, R - Quantencomputing, QC - BASIQ
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Gajewski, Marvin
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:10
Letzte Änderung:15 Dez 2025 15:53

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