电子能量损失光谱的量子模拟用于电池材料

动态结构因子（DSF）是化学和材料科学中广泛使用的无侧向散射实验的核心量，但其准确模拟对经典计算方法来说是一个重大的挑战。本文提出一种量子算法和端到端模拟框架，用于计算 DSF，为模拟动量分辨光谱提供了通用方法。我们将此方法应用于核级电子能量损失光谱（EELS）的模拟，这是一种提供亚纳米空间分辨率、能够解析元素特定信息的光谱技术，对于分析电池材料至关重要。我们推导了用于计算 EELS 的 DSF 的量子算法，通过评估时域格林函数的非对角项，实现动量分辨光谱的模拟。为展示该算法，我们研究了锂锰氧化物（$Li_2MnO_3$）的氧 K 边 EELS 光谱，这是一种用于探讨电池材料中氧还原机制的原型阴极材料。对于该材料中一个氧中心簇的代表模型，包含 18 个活跃轨道的活跃空间，该算法需要 $3.25\times10^{8}$ 个 T 门、100 个逻辑量子比特，以及约 $10^4$ 次测量。