量子计算用于电子圆二色谱光谱预测
量子物理
2026-02-04 v1
摘要
电子圆二色谱（ECD）光谱捕捉分子的手性响应，使其能够进行绝对构型分配，这对于手性选择性合成和药物设计至关重要。现有方法在预测性建模中受限于ECD光谱的实际应用，因而提供有限的手性判别信心。相比之下，理论ECD计算需要大量计算资源，源于电子结构理论，这限制了其对更大规模化学样本的可扩展性。这些限制凸显了需要计算方法在保持严谨的物理严谨性的同时，实现高效和可扩展预测的需求。基于量子算法在化学领域的最新进展，我们引入一种变分量子框架结合量子方程动力学（quantum equation of motion）形式来计算分子性质并预测ECD光谱，实现于多GPU或QPU加速的混合量子/经典工作流程中。我们在12个临床相关手性药物分子上展示了其高效可行性，访问扩展的活性空间。该框架通过与经典波动函数方法的比较进行评估，采用耦合簇单双（CCSD）作为基态能量基准，采用完全活性空间配置互作用（CASCI）作为激发态能量和手性光学性质的参考方法，确保在相同的活性轨道空间内。值得注意的是，量子计算得到的ECD光谱，来自映射到约20至24量子比特的化学相关活性空间，显示出与经典参考计算几乎定量的一致性，准确再现了光谱线状、棉绒效应符号以及相对峰强度。
引用
@article{arxiv.2602.03710,
title = {Quantum Computing for Electronic Circular Dichroism Spectrum Prediction of Chiral Molecules},
author = {Amandeep Singh Bhatia and Sabre Kais},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.03710},
year = {2026}
}