纳米石墠的量子模拟与托特尔误差抵消
量子物理
2026-05-18 v2
摘要
容错量子计算是模拟分子和材料的有前景的工具，但频繁考虑的应用需要大量资源，且硬件能力与要求之间的差距仍然显著。我们提出对纳米石墠 系统的量子模拟作为跨越早期容错量子计算与大规模容错量子计算之间的相关且可扩展问题。我们检讨了托特尔化量子模拟的效率，详细分析了最坏情况、平均情况和能量本征值托特尔误差，并表明这些托特尔误差估计相差数个数量级。通过新颖的张量网络方法获得托特尔本征值误差，该方法允许对超越蛮力计算的系统进行谱分析。值得注意的是，我们观察到一种托特尔误差抵消现象，即低能态间能量差的托特尔误差显著小于绝对能量的托特尔误差，导致用于计算能隙的量子相位估计算法的电路深度约降低一个数量级。这一结果具有重要意义，因为对于大多数化学应用，只有能量差才具有实际相关性。我们估计，在 Pariser--Parr--Pople 模型下，计算大型二维纳米石墠（最高达140个自旋轨道）中基态与激发态间能隙至化学精度所需的电路拥有 个 Toffoli 门。本工作表明，考虑化学相关应用的细节并利用误差抵消可导致资源要求的显著降低。
引用
@article{arxiv.2605.00745,
title = {Quantum simulation of nanographenes and Trotter error cancellation},
author = {Andreas Juul Bay-Smidt and Nina Glaser and Marcel D. Fabian and Earl T. Campbell and Nick S. Blunt and Gemma C. Solomon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.00745},
year = {2026}
}