化学反应的量子模拟：在NISQ设备上实现高精度
化学物理
2026-01-13 v3 量子物理
摘要
量子计算被认为是一项有前景的技术，因为其复杂度具有多项式增长的特性，而经典对应方法则呈现指数增长。在当前含噪声中等规模量子（NISQ）时代，变分量子本征求解器（VQE）作为一种混合变分算法，被用于利用量子比特模拟分子并计算分子性质。然而，使用VQE算法模拟化学反应以计算反应能，尚未达到相对于基准计算化学方法的化学精度，原因包括量子比特数量、电路深度以及模型中引入的噪声等限制。为解决这一问题，我们提出了针对化学反应研究的不同活性空间的定义，纳入分子基态和激发态的不可约表示。我们的结果表明，该方法在预测各种反应的反应能方面达到了化学精度。对于所有被研究的反应，传统计算化学方法与量子-经典混合VQE算法之间的反应能差异小于1 kcal/mol。此外，我们的分析简化了为每个反应选择活性空间和电子的过程，将其简化为确保每个反应化学精度的单一最优组合。
引用
@article{arxiv.2503.12084,
title = {Quantum Simulations of Chemical Reactions: Achieving Accuracy with NISQ Devices},
author = {Maitreyee Sarkar and Lisa Roy and Akash Gutal and Atul Kumar and Manikandan Paranjothy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.12084},
year = {2026}
}