容错量子计算机上基于量子相位估计的第一性原理分子动力学可行性

本文展示了关于从头算分子模拟可行性的概念验证，其中波函数与原子核位置由量子算法同时确定，如同经典计算中所谓的 Car-Parrinello 方法所实现的那样。本文采用的方法属于混合风格，将由未来的容错量子计算机实现。首先，基本方程由多项式近似。其次，将这些多项式转化为特定形式，其中所有变量（代表波函数和原子坐标）均由作用于有限维单项式线性空间的变换给出，且未知变量可作为这些变换矩阵的特征值确定。第三，通过量子相位估计确定特征值。遵循这三个步骤，即符号、数值和量子步骤，我们可以确定分子的优化电子与原子结构。