基于 VQE-PDFT 与多尺度建模的加密光蛋白质量子-经典混合计算电子转移
量子物理
2026-04-20 v2
摘要
准确计算强相关电子体系需要对静态相关性和动态相关性进行恰当处理，这一点一直是常规方法面临的挑战。为此，我们提出了 VQE-PDFT，一种量子-经典混合框架，将变分量子求解器与多配置对密度泛函理论（MC-PDFT）相结合。该框架战略性地利用量子电路进行多配置波函数表示，同时利用密度泛函进行相关能的评估。混合策略在保持静态和动态相关性的准确处理的同时，显著降低了相对于高度表达量子算法的量子资源需求。通过无噪声量子电路模拟器进行基准验证，对 Charge-Transfer 数据集的测试确认，VQE-PDFT 的结果相当于常规的 MC-PDFT。基于此，我们开发了浅层深度硬件高效 ansatz 电路，并将其集成到 QM/MM 多尺度架构中，以便应用于复杂生物系统。该扩展框架应用于欧洲鸟类加密光蛋白质 ErCRY4 的电子转移时，无噪声模拟结果表明转移速率与实验测量值良好一致。最后，作为一种概念证明的硬件演示，我们在13量子比特的超导装置上执行了单个蛋白质构象的简化密度矩阵测量，并通过全面的误差分析展示了噪声的影响。
引用
@article{arxiv.2508.07359,
title = {Quantum-Classical Hybrid Computation of Electron Transfer in a Cryptochrome Protein via VQE-PDFT and Multiscale Modeling},
author = {Yibo Chen and Zirui Sheng and Weitang Li and Yong Zhang and Xun Xu and Jun-Han Huang and Yuxiang Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.07359},
year = {2026}
}
备注
17 pages, 7 figures, 4 tables; 9 pages of supplementary information (1 figure, 7 tables) included