离散变量表示在变分量子本征求解器振动能量计算中的优势
量子物理
2026-04-02 v3
摘要
尽管量子计算算法已广泛应用于电子结构计算，但其在分子动力学中的应用仍很少见。分子势能面复杂且多样的地貌产生了具有广泛性质的振动态，使得用量子计算机以有限数量的量子比特与门构造转振动态的通用表示十分困难。另一挑战是计算复杂度的指数增长——例如，用Pauli串展开一般哈密顿量所需项数随量子比特数指数增加。在此，我们展示可利用离散变量表示（DVR）以（关于量子比特数的）多项式数量的量子电路表示分子哈密顿量。我们进而证明DVR哈密顿量可导出用于振动态的极高效量子ansatz。为此，我们开发了组合式量子ansatz搜索，使变分量子本征求解器（VQE）中的门序列适配特定分子态。我们将VQE应用于计算Cr在七个电子态以及范德华复合物Ar-HCl与Mg-NH的振动能级。数值结果表明，仅需含2至9个纠缠门的极浅量子电路即可达到1~cm的精度。
引用
@article{arxiv.2303.09822,
title = {Advantage of discrete variable representation in variational quantum eigensolvers for vibrational energy calculations},
author = {K. Asnaashari and D. Bondarenko and R. V. Krems},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.09822},
year = {2026}
}