挑战性强相关系统的 Handover-Iterative VQE 扩展：$N_2$ 与 Fe-S 簇
量子物理
2026-01-13 v1
摘要
准确描述强相关电子系统是量子化学的核心挑战，因为电子-电子相互作用导致复杂的多体波函数，传统近似方法难以捕捉。经典波函数方法，如 Semistochastic Heat-bath Configuration Interaction (SHCI) 和密度矩阵重正化群 (DMRG)，目前定义了该领域的最高水平，系统地趋近于完全配置相互作用 (FCI) 限制，但计算成本迅速增加。量子计算算法通过利用纠缠和叠加来更紧凑地表示相关态，旨在缓解此种规模瓶颈。我们提出了 Handover-Iterative Variational Quantum Eigensolver (HI-VQE)，这是一种实用的量子计算算法，具备迭代“接力”机制，在量子计算机和经典计算机之间动态交换信息，即使使用噪声中间规模量子计算机 (NISQ) 也可实现。本文将 HI-VQE 扩展到两个原型强相关系统：氮分子 和铁硫 (Fe-S) 簇，这两者是经典和量子电子结构方法的严苛测试。通过将 HI-VQE 结果与 Heat-bath Configuration Interaction (HCI) 基准进行比较，我们评估了其准确性、可扩展性以及捕捉多参考相关效应的能力。实现对这些标准系统的定量一致性，表明了通往量子增强模拟复杂生物无机分子、催化机制及相关材料的可行之路。
关键词
引用
@article{arxiv.2601.06935,
title = {Extending the Handover-Iterative VQE to Challenging Strongly Correlated Systems: $N_2$ and Fe-S Cluster},
author = {Pilsun Yoo and Kyungmin Kim and Eyuel E. Elala and Shane McFarthing and Aidan Pellow and Johanna I. Fuks and Doo Hyung Kang and Pratanphorn Nakliang and Jaewan Kim and Himadri Pathak and Tomonori Shirakawa and Seiji Yunoki and June-Koo Kevin Rhee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.06935},
year = {2026}
}