面向NISQ平台的并行化Givens ansatz用于分子基态
量子物理
2026-02-04 v2 化学物理
摘要
近年来，变分量子本征求解器（VQE）成为解决近期量子计算机上电子结构问题最流行的算法之一。VQE的实用性常受到当前量子硬件限制的制约，包括短暂的量子比特相干时间和低的门保真度。当VQE与需要深度量子电路的算法一起使用时，这些限制尤为突出，例如“单双程UCC”（UCCSD） ansatz所需的电路，常导致显著误差。为解决这些问题，我们提出一种基于并行化Givens旋转的低深度 ansatz，能够在保持相当程度相关能的同时，大幅度减少任意活跃空间（AS）的电路深度和双量子门计数。此外，考虑到当前硬件架构中量子比特数量较低的情况，我们引入一种系统方法来选择分子轨道，以定义保留显著电子相关性的活跃空间。我们通过计算水的键合解离轮廓以及高度相关系统（如分子氮和氧）在各种AS下的基态能量来验证我们的方案。无噪声模拟显示，新的ansatz得到的基态能量与UCCSD ansatz相当，同时将电路深度降低50-70%。此外，在噪声模拟中，我们的方案实现的能量误差率是UCCSD的十倍以下。鉴于我们的ansatz的效率和实际用途，我们希望它成为在近期量子设备上进行量子化学计算的潜在选择。
引用
@article{arxiv.2504.18264,
title = {Parallelized Givens Ansatz for Molecular ground-states: Bridging Accuracy and Efficiency on NISQ Platforms},
author = {M. R. Nirmal and Ankit Khandelwal and Manoj Nambiar and Sharma S. R. K. C. Yamijala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.18264},
year = {2026}
}
备注
Main text: 12 pages, 5 figures, regular article