面向分子模拟的资源高效量子电路：以氨伞形反转为例

我们对在量子计算机上制备系统基态波函数的各种最新策略进行了全面评估，特别是在变分量子本征求解器（VQE）框架内。尽管VQE及其变体具有优势，但当前的量子计算化学计算对于较大分子通常提供不准确的结果，这主要是由于量子电路深度和双量子比特门（如CNOT门）数量的多项式增长。为了缓解这个问题，我们旨在设计高效的量子电路，使其在当前的噪声量子设备上优于现有电路。在这项研究中，我们设计了一种新颖的量子电路，将所需的电路深度和双量子比特纠缠门数量减少了约60%，同时保持基态能量接近化学精度。此外，即使在设备噪声存在的情况下，这些新颖的更浅电路在预测分子基态能量时产生的错误率也远低于现有方法。通过以氨分子中的伞形反转过程为例，我们展示了这种新方法的优势，并估计了反转过程的能垒。