量子计算机上的实空间化学：基于自适应网格和转关联扩展的容错算法
量子物理
2025-07-29 v1 化学物理
摘要
第一量子化、实空间量子化学在量子计算机上的形式具有吸引力：量子位数随空间分辨率的对数增长，库仑算子实现的二维计算规模而非四次方的两个电子相互作用规模。然而，现有方案采用均匀离散化，高密度区域电子-原子锥形态所需的分辨率会对低密度区域进行过采样，浪费计算资源。我们通过部署非均匀、分子自适应网格来解决此问题，这些网格集中点分布在电子密度较高的区域。利用这些网格的 Voronoi 分区，分子哈密顿量以 Hermitian 形式表达，并以 transcorrelated、等谱形式表达，该形式消除库仑奇点并产生无锥形本征函数。这两种表述自然地嵌入量子特征值求解器中：Hermitian 量子相位估计 (QPE) 以及最近的通用量子特征估计 (QEVE) 协议用于其非Hermitian、transcorrelated 版本。数值验证在基准系统上确认，此非偏导数 ab initio 框架为量子硬件上的准确基态化学提供了可行的路径。
引用
@article{arxiv.2507.20583,
title = {Real-Space Chemistry on Quantum Computers: A Fault-Tolerant Algorithm with Adaptive Grids and Transcorrelated Extension},
author = {César Feniou and Christopher Cherfan and Julien Zylberman and Baptiste Claudon and Jean-Philip Piquemal and Emmanuel Giner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.20583},
year = {2025}
}