近-term量子计算机上经历热弛豫的自由基对的量子拍哈密顿量模拟

自由基对机制的量子动力学是量子生物学、材料科学与自旋化学中的主要驱动力。该机制丰富的量子物理基础由单重态与三重态自旋态间的相干振荡（量子拍）及其与环境相互作用决定，这难以实验探究与计算模拟。本工作中，我们利用量子计算机模拟经历量子拍现象的两个自由基对系统的哈密顿量演化与热弛豫。我们研究具有非平凡超精细耦合相互作用的自由基对系统，即9,10-八氢萘+/p-三联苯-d14与2,3-二甲基丁烷/p-三联苯-d14，它们分别具有一组和两组磁等价核。这些系统中的热弛豫动力学使用三种方法模拟：Kraus信道表示、Qiskit Aer上的噪声模型以及近-term量子硬件上固有的量子比特噪声。通过利用固有量子比特噪声，我们得以比任何经典近似或量子模拟器更好地模拟两个自由基对中的含噪量子拍。尽管顺磁弛豫的经典模拟随时间增大误差与不确定性，近-term量子计算机能在整个时间演化中匹配实验数据，展现出其在模拟化学中开放量子系统方面的独特适用性与未来前景。