利用低深度量子电路高精度评估化学系统的基态能量

求解电子结构问题被认为是量子计算最有前景的应用之一。然而，由于噪声中等规模量子 (NISQ) 时代量子比特相干时间的限制，或早期容错量子设备能力的限制，设计具有低深度电路的算法至关重要。在本工作中，我们基于量子比特耦合簇 (QCC) 方法开发了一种增强的变分量子本征求解器 (VQE) ansatz，该方案仅需优化 $n$ 个参数，而非通常的 $n+2m$ 个参数，其中 $n$ 代表 Pauli 字符串时间演化门 $e^{-itP}$ 的数量，$m$ 是涉及的量子比特数量。我们分别使用 CAS(2,2)、(4,4) 和 (6,6) 作为活性空间求解器，结合我们增强的 QCC ansatz、UCCSD (Unitary Coupled Cluster Single Double) ansatz 以及正则 CCSD 方法，评估了 $\mathrm{O_3}$、$\mathrm{Li_4}$ 和 $\mathrm{Cr_2}$ 的基态能量，并与 CASCI 结果进行了比较。最后，我们在两种不同的量子硬件 IBM Kolkata 和 Quantinuum H1-1 上评估了我们增强的 QCC ansatz。