分子力及其他能量梯度的量子高效计算

尽管量子化学模拟的大部分工作集中在计算能量面，但一个同样重要的应用——能量导数的计算——需要微妙不同的算法。几乎所有分子性质都可表示为能量导数，包括分子力，这对于分子动力学模拟等应用至关重要。在此，我们引入新的量子算法来计算分子能量导数，其复杂度显著低于先前方法。在适用于含噪中等规模量子设备的成本模型下，我们展示了如何为能量导数计算优化低秩分解和其他层析成像方案。数值实验表明，即使对于中等规模系统，我们的技术也能将所需电路重复次数减少多个数量级。在容错算法背景下，我们开发了估计能量导数的新方法，具有海森堡极限标度，并融合了块编码费米子算符的最新技术。我们的结果表明，计算单个原子核上的力可能与估算化学系统能量成本相近，但量子计算机要有意义地辅助分子动力学模拟仍需进一步发展。