基于 Trotter 近似在量子计算机上求解电子结构问题时不同哈密顿量分解方式的评估

通过电子哈密顿量的酉演化来求解电子结构问题是数字量子计算机有前景的应用之一。实现酉演化的一种实用策略是通过 Trotter 化，即使用一系列可快速前向（即高效对角化）的哈密顿量片段的短时间演化。给定多种将哈密顿量分解为可快速前向片段的选择，哈密顿量演化的精度取决于片段的选择。我们使用费米子与量子比特代数评估了多种用于 Trotter 化的哈密顿量分解技术的效率。利用电子哈密顿量及其片段的对称性可显著减小 Trotter 误差。这一减小使得基于费米子的分解的 Trotter 误差低于基于量子比特的技术。然而，从模拟成本的角度看，费米子方法往往在每个 Trotter 步引入具有更多 T 门的量子电路，因此与其量子比特对应方法相比计算开销更大。