并行 iQCC 实现在加速计算平台上实现 200 量子比特规模的量子化学计算，超越经典基准——以钯催化剂为例
量子物理
2026-03-11 v1 化学物理
摘要
我们提出了一种并行、GPU 加速的迭代量子比特耦合群 (iQCC) 方法，克服了变换哈密顿量的指数增长——这是经典仿真量子化学电路的主要瓶颈。通过在计算节点之间通过位级分区分配哈密顿量项，并将 Pauli 约束卸载到 GPU 上，我们相对于串行 CPU 方法实现了超过两个数量级的加速。关键的是，iQCC 将变分演化限制在可经典仿真的算子子空间内，通过仅从 Direct Interaction Space 中选择纠缠器，从而确保每个迭代都有非消失的能量梯度，从而自然地避免了高度表达量子电路难以训练的枯竭斜坡现象。凭借这些算法和硬件进展，我们在 100--124 量子比特范围内模拟了工业上相关的钯催化剂的电子结构哈密顿量，在 NVIDIA GPU 上完成了完整的基态计算，耗时 1.2--45 小时，并超越了密度矩阵重正化群的精度。这些结果有效地去量子化了一个重要部分的 NISQ 路线图：量子优势对于化学通常被假设在超过约 50 量子比特的地方实现，然而我们的工作表明，这一前沿显著进一步——可能超过 200 量子比特——重新塑造了其中真正量子优势可能首次出现的期望。
引用
@article{arxiv.2603.08883,
title = {Parallel iQCC Enables 200 Qubit Scale Quantum Chemistry on Accelerated Computing Platforms Surpassing Classical Benchmarks in Ruthenium Catalysts},
author = {Seyyed Mehdi Hosseini Jenab and Brandon Henderson and Scott N. Genin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.08883},
year = {2026}
}