基于采样的量子对角化方法用于气相和隐式溶剂中的开壳层过渡金属配合物

开壳层 $3d$ 过渡金属配合物对电子结构方法提出了挑战，因为竞争的自旋态、电荷转移和溶剂化共同决定了它们的能量学。在这里，我们将基于采样的量子对角化（SQD）与积分方程形式极化连续模型（IEF-PCM）相结合，将SQD扩展到介电环境中的相关开壳层过渡金属体系。我们研究了八面体配位的 $\mathrm{[Co(H_2O)_5CO_2]^{2+/3+}}$ 配合物，涵盖两种氧化态、四种自旋多重度和一个金属-配体解离坐标。我们研究了Co(III)单重态和五重态以及Co(II)双重态和四重态，通过外部自洽反应场循环将开壳层参考态纳入SQD-IEF-PCM。使用在IBM Heron量子处理器上收集的样本和高达50个量子比特的活性空间，SQD在气相和隐式溶剂中，在相同活性空间内再现了耦合簇和热浴组态相互作用基准，最大观测偏差低于9 $mE_h$。沿着高自旋五重态 $\mathrm{[Co(H_2O)_5CO_2]^{3+}}$ 的解离坐标，SQD解析了一个由内部电荷转移引起的避免交叉；该特征在单重态和配合物的较低氧化态中不存在。相对于气相，隐式溶剂化稳定了五重态的中性CO$_2$ 解离，并抑制了避免交叉特征。据我们所知，这是SQD在气相和隐式溶剂中对开壳层 $3d$ 过渡金属配合物的首次硬件演示。这些结果确立了SQD作为一种稳健的以量子为中心的方法，用于自旋态排序、电荷转移和环境效应紧密交织的过渡金属化学。