氢键动力学与振动谱的量子计算

计算化学体系的观测性质通常在经典计算上不可行，并被广泛视为量子信息处理的潜在应用方向。然而，自然界中最常见且最重要的化学体系之一——氢键，因其非谐势能面而一直难以利用量子硬件进行研究。在此，我们引入一种利用量子逻辑求解氢键体系及更一般化学动力学问题的框架。我们使用 QSCOUT 离子阱量子计算机实验演示了该方法的一个原理验证实例，其中我们通过实验驱动离子阱系统来模拟氢键中共享质子的量子波包。在实验生成共享质子波包后，我们提取了测量可观测量，例如其随时间变化的空间投影及其特征振动频率，达到光谱精度（3.3 cm$^{-1}$ 波数，对应于 > 99.9% 保真度）。我们的方法为研究分子的量子化学动力学与振动谱引入了新范式，并且当与现有的电子结构算法结合时，开启了以空前精度描述复杂分子体系完整行为的可能性。