量子计算机上的第一性原理分子动力学
化学物理
2021-04-27 v3
摘要
第一性原理分子动力学（AIMD）是一种在有限温度下研究分子与材料的有价值技术，其中原子核在由精确电子结构计算获得的势能面上演化。本工作提出了一种基于量子计算机的AIMD方法。电子能量在量子计算机上使用变分量子本征求解器（VQE）方法计算。我们利用Hellmann-Feynman定理、有限差分和相关采样技术数值计算能量梯度。我们的方法仅需要对每个自由度进行额外的电子积分经典计算，而在初始VQE运行之外无需量子计算机上的任何额外计算。为达到可比精度，我们的梯度计算方法所需的测量比无其他相关采样的暴力方法少三到五个数量级。作为概念验证，在IBM量子设备上演示了H2分子的AIMD动力学模拟。据我们所知，这是在量子设备上对化学体系运行AIMD的首次成功尝试。此外，我们利用全组态相互作用（FCI）波函数证明了该方法对更大分子的有效性。随着量子硬件与噪声缓解技术的持续改进，该方法可用于研究更大的分子与材料体系。
引用
@article{arxiv.2008.06562,
title = {Ab Initio Molecular Dynamics on Quantum Computers},
author = {Dmitry A. Fedorov and Matthew J. Otten and Stephen K. Gray and Yuri Alexeev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.06562},
year = {2021}
}