稀疏波函数上的量子信息理论及其在量子化学中的应用
量子物理
2025-11-12 v1
摘要
近年来，量子计算在计算化学领域大力入主，将原本来自其他学科（如物理、数学和计算机科学）的计算方法和思想导入并转化为能够在当前和未来量子设备上估算原子和分子量子性质的算法。量子信息技术在这一过程中的重要角色，既是贡献于电子关联和纠缠分析，又是指导构建用于变分量子本征求解器技术的波函数变分 ansatz 的作用。本文介绍了工具 SparQ（稀疏量子状态分析），旨在高效计算 post-Hartree-Fock 波函数在其定义空间中稀疏性质的基本量子信息理论可观测量。核心方法涉及将费米子波函数映射到 qubit 空间并利用这些波函数的稀疏性来评估可观测量和性质。通过分析水分子波函数的互信息矩阵以及约 量子比特描述的苯分子的总熵来验证 SparQ 的有效性。这突显了其处理大规模量子系统的能力，主要受限于用于检索波函数的量子化学方法。结果表明，量子信息理论分析（此前仅限于传统张量网络方法和过渡算子研究）可以适用于所有 post-Hartree-Fock 波函数，将其应用扩展到更大规模和更复杂的化学系统。
引用
@article{arxiv.2408.02631,
title = {Quantum information theory on sparse wavefunctions and applications for Quantum Chemistry},
author = {Davide Materia and Leonardo Ratini and Leonardo Guidoni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.02631},
year = {2025}
}