基于多种量子计算平台的从头算极化子化学：量子比特、量子多态与混合量子比特-量子模架构
量子物理
2026-03-09 v2
摘要
尝试将从头算极化子化学迁移到新兴量子计算机上引发了基本问题。核心问题之一是如何在同一平台上高效表示费米子和玻色子自由度，以开发能够在近期硬件上以合理成本准确捕捉强电子-光子关联的计算策略。鉴于极化子问题的混合费米子-玻色子本质，人们可以合理地提问：我们是否应仅依赖传统的基于量子比特的平台，还是考虑替代的计算范式？为了探索这一问题，本研究考察了三种策略：基于量子比特、基于量子多态以及混合量子比特-量子模方法。对于每个平台，我们设计了紧凑、物理动机明确的量子电路ansatz，并将它们整合到态平均变分量子本征求解器中，以同时计算多个极化子本征态。我们方法的关键要素是开发紧凑的电子-光子纠缠电路，使其适配每种硬件架构的原生能力和限制。我们在腔嵌入的H₂分子上对所有三种策略进行了基准测试，重现了诸如光诱导能级回避交叉等特征现象。我们的结果表明，每个平台在预测极化子本征能量和本征态方面达到了可比的精度。然而，就所需的量子资源而言，混合量子比特-量子模方法在资源效率与精度之间提供了最有利的权衡，其次是基于量子多态的方法。两者均优于传统的基于量子比特的策略。我们的工作呈现了针对极化子系统的面向硬件的量子编码策略比较，并突显了高维量子平台模拟复杂光-物质系统的潜力。
引用
@article{arxiv.2506.12504,
title = {Ab Initio Polaritonic Chemistry on Diverse Quantum Computing Platforms: Qubit, Qudit, and Hybrid Qubit-Qumode Architectures},
author = {Even Chiari and Wafa Makhlouf and Lucie Pepe and Emiel Koridon and Johanna Klein and Bruno Senjean and Benjamin Lasorne and Saad Yalouz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.12504},
year = {2026}
}