量子化学哈密顿量量子相位估计中 PREPARE 电路的经典变分优化

我们提出一种方法，通过在经典计算机上仅对量子电路进行变分优化，为量子化学中分子哈密顿量的量子相位估计构造 \texttt{PREPARE} 电路。\texttt{PREPARE} 电路生成一种量子态，将哈密顿量各项的系数编码为概率幅，并在最先进的量子相位估计高效实现中起着关键作用。我们采用自动量子电路编码算法 [Shirakawa \textit{et al.}, arXiv:2112.14524] 来构造 \texttt{PREPARE} 电路，该算法需要对 $O(\log N)$ 个量子比特的量子电路进行经典模拟，其中 $N$ 为哈密顿量的量子比特数。所生成的 \texttt{PREPARE} 电路不需要任何辅助量子比特。我们通过研究多种分子量子化学哈密顿量所得 \texttt{PREPARE} 电路的 $T$ 门数量来演示我们的方法，结果显示与先前不使用辅助量子比特的方法相比有常数因子级的减少。由于在容错量子计算的早期阶段可用逻辑量子比特和 $T$ 门数量有限，所提方法对于在此有限能力下执行量子相位估计尤为有用。