基于转相关哈密顿量的电子结构量子模拟：在量子计算机上以更小开销实现更高精度
量子物理
2022-01-03 v2 化学物理
计算物理
摘要
本文展示了采用包含部分电子关联效应的变换哈密顿量进行电子结构的量子模拟。本工作所用的转相关哈密顿量通过显式关联双体酉算符的近似相似变换，以经典方式在多项式代价下高效构造。该哈密顿量为厄米算符，至多包含两体相互作用，且无电子-电子奇异性。我们通过聚焦于广泛使用的薛定谔方程求解器——即基于酉耦合簇单双激发（q-UCCSD）Ansatz的变分量子本征求解器方法，考察此类变换哈密顿量对量子模拟精度与计算代价的影响。不过，此处给出的形式体系可直接迁移至其他量子化学算法。我们的结果表明，转相关哈密顿量配合极紧凑基组，可产生与远更大基组相当的显式关联能量。对所研究的化学物种，基于底层6-31G基组的显式关联能量具有cc-pVTZ质量。使用极紧凑的转相关哈密顿量，将实现cc-pVTZ质量所需CNOT门数量减少达两个数量级，量子比特数减少为三分之一。
引用
@article{arxiv.2006.02488,
title = {Quantum simulation of electronic structure with a transcorrelated Hamiltonian: improved accuracy with a smaller footprint on the quantum computer},
author = {Mario Motta and Tanvi P. Gujarati and Julia E. Rice and Ashutosh Kumar and Conner Masteran and Joseph A. Latone and Eunseok Lee and Edward F. Valeev and Tyler Y. Takeshita},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.02488},
year = {2022}
}
备注
13 pages, 7 figures