基组规模亚线性缩放的量子化学量子模拟

我们提出了一种模拟量子化学的量子算法，其门复杂度为 $\tilde{O}(N^{1/3} \eta^{8/3})$，其中 $\eta$ 为电子数，$N$ 为平面波轨道数。相比之下，使用平面波（其效率至少不低于使用任何其他基组的算法）模拟电子结构的最高效已有算法复杂度为 $\tilde{O}(N^{8/3} /\eta^{2/3})$。我们通过在动量表象中使用相互作用绘景技术在动能算符的旋转框架中进行模拟，从而在一阶量化下实现了该缩放。当 $N \gg \eta$ 时，我们的算法远比所有先前方法高效，而这在以平面波基组表示分子时为抑制离散化误差所需，或在非玻恩-奥本海默近似下模拟时所需。