基于量子计算的模拟腐蚀抑制

本工作系统性地实现了混合量子-经典计算方法，用于探索铝表面腐蚀抑制机制。我们提出了集成工作流程，将密度泛函理论（DFT）与量子算法结合，通过活动空间嵌入方案应用于研究 1,2,4-三唑和 1,2,4-三唑-3硫醇在 Al111 表面的抑制剂。我们的实现采用 ADAPT-VQE 算法，并通过对比经典 DFT 计算进行基准测试，分别获得 1,2,4-三唑和 1,2,4-三唑-3硫醇的结合能为 -0.386 eV 和 -1.279 eV。硫衍生物的增强结合能与实验观察一致，即硫功能化抑制剂具有更好的腐蚀保护性能。该方法采用 orb-d3-v2 机器学习势进行快速几何优化，随后使用带有 PBE 泛函和 Grimme D3 色散校正的 CP2K 进行精确 DFT 计算。我们的基准测试显示，StatefulAdaptVQE 实现在保持精度的同时实现了 5-6 倍的计算加速。该工作为量子加速材料科学研究周期性系统奠定了工作流程，展示了混合量子-经典方法在腐蚀抑制应用中表面-吸附剂相互作用研究方面的可行性。其方法可延展至碳捕集和电池材料研究等其他应用领域。