基于 CI 矩阵稀疏性的量子化学量子算法

量子化学为具有重大科学兴趣和工业重要性的量子模拟提供了目标。迄今为止的大多数算法都基于电子结构哈密顿量的二次量子化表示——这需要量子比特需求随轨道数量线性扩展。此类方法的门数量缩放虽然是多项式的，但带来了一些严重的实验挑战。然而，由于电子数是电子结构问题的一个好量子数，因此无需存储轨道的完整 Fock 空间。在固定电子数的 Slater 行列式基中表示波函数就足够了。然而，迄今为止缺乏在此基中表示的哈密顿量（即 CI 矩阵）的量子模拟技术。我们展示了如何将为稀疏哈密顿量模拟开发的技术应用于 CI 矩阵。我们证明了一系列利用 CI 矩阵结构的结果，这些结构源于定义它的 Slater 规则，从而改进了稀疏哈密顿量模拟技术在此情况下的应用。我们表明，可以使用最少数量的量子比特来表示波函数，并且在固定电子数且增加基组大小（与高精度计算相关）的极限情况下，这些方法可以提供所需门数量方面的改进缩放。我们希望这些结果能开启在量子化学量子模拟背景下对稀疏哈密顿量模拟技术的进一步研究。