小分子 VQE 的资源估算：费米子映射与哈密顿量约化的影响
量子物理
2026-05-04 v2
摘要
准确确定分子的基态能量仍然是量子化学中的一个挑战，也是药物发现和材料设计等领域进展的基石。变分量子本征求解器 (VQE) 是解决这一挑战的领先混合量子-经典范式；然而，其广泛实现受到噪声和当前量子硬件受限可扩展性的制约。在含噪声中等规模量子 (NISQ) 设备和未来的容错应用可扩展量子 (FASQ) 系统上实现高效模拟，需要深入了解计算资源如何随分子复杂度和费米子到量子比特编码而扩展。在本研究中，我们系统地分析了采用单双激发酉耦合簇 (UCCSD) 试探波函数的 VQE 实现的资源需求。分子哈密顿量采用二次量子化形式，并通过 Jordan-Wigner (JW)、Bravyi-Kitaev (BK) 和 Parity (Pa) 变换映射到量子比特算符。我们考察了包括 削峰和冻结芯近似在内的哈密顿量约化策略，以评估其对量子资源扩展的影响。分析表明，合适的变换与基于对称性的约化相结合，可使量子比特数减少约 、量子门数量减少约 、哈密顿量泡利字符串数量减少约 ，相对于代表性分子体系在相同活性空间构型中对应的未约化哈密顿量表示。这些发现为在 NISQ 硬件上执行化学相关模拟提供了实用的电路层面见解，同时建立了可为未来针对 FASQ 系统的逻辑层面分析提供信息基础的物理资源基线。
引用
@article{arxiv.2512.01605,
title = {Resource Estimation for VQE on Small Molecules: Impact of Fermion Mappings and Hamiltonian Reductions},
author = {Anurag K. S. V. and Ashish Kumar Patra and Vikas Dattatraya Ghevade and Sai Shankar P. and Ruchika Bhat and Raghavendra V. and Rahul Maitra and Jaiganesh G},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.01605},
year = {2026}
}
备注
41 pages, 4 figures. Major revision