量子硬件上化学系统模拟中的耦合簇下折叠理论
量子物理
2025-07-08 v3
摘要
将量子技术应用于化学问题面临诸多挑战，尤其是在现实基组集和准确包含电子关联效应方面。直接方法目前因逻辑量子比特数量、保真度以及现有硬件支持的浅电路深度而不可行；这些限制阻碍了达到所需准确度的模拟。一个有前景的替代方案是混合量子-经典计算，其中利用经典资源构建特征维度符合当前量子设备约束的有效哈密顿量。本文演示了混合方法的性能：首先在降低维度的活跃空间中评估耦合簇下折叠哈密顿量，然后使用量子算法计算相应的基态能量。我们的全面分析探讨了在将数百个轨道下折叠至当今量子硬件可处理的规模后，恢复关联能量的可达准确度。我们认为，问题规模可根据可用量子资源进行调节的这种灵活混合算法，作为噪声中间规模量子(NISQ)设备与未来容错量子计算机之间的桥梁，标志着量子优势在化学领域早期实现的一步步步。
引用
@article{arxiv.2507.01199,
title = {Coupled Cluster Downfolding Theory in Simulations of Chemical Systems on Quantum Hardware},
author = {Nicholas P. Bauman and Muqing Zheng and Chenxu Liu and Nathan M. Myers and Ajay Panyala and Bo Peng and Ang Li and Karol Kowalski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.01199},
year = {2025}
}