面向面向容错量子计算机的量子化学的对称适应态准备
量子物理
2026-01-14 v1
摘要
我们提出了面向容错量子计算的连续对称投影器的系统性且高效构造，特别是 U(1) 粒子数和 SU(2) 总自旋。我们的方法采用单位算子的线性组合 (LCU) 以及广义量子信号处理 (GQSP 和 GQSVT) 以实现投影器。这些投影器随后可作为状态过滤器在量子相位估计 (QPE) 之前协同应用。我们分析了其渐进门复杂度以获得明确的电路实现。对于粒子数和 S_z 对称性，GQSP 由于其较低的 ancilla qubit 要求和对有限精度旋转门综合的鲁棒性，具有更有利的资源使用特征。对于总自旋投影，结构化分解 可降低投影器 T 门计数。数值模拟显示，对称性过滤显著提高 QPE 成功概率，使得在代表性分子系统中相对于未过滤方法的总体成本更低。资源估计进一步表明，对称性过滤的成本比随后的相位估计步骤低 3 至 4 个数量级。这一优势在大型强相关系统（如 FeMoco）中尤为重要，FeMoco 是标准强相关开壳基准。对于 FeMoco，QPE 成本约为 个 T 门，而我们的对称投影器仅需 -- 个 T 门。这些结果确立了连续对称投影器作为量子化学中实用且可扩展的态准备工具，为实现更高效的容错量子模拟提供了通路。
引用
@article{arxiv.2601.08533,
title = {Symmetry-Adapted State Preparation for Quantum Chemistry on Fault-Tolerant Quantum Computers},
author = {Viktor Khinevich and Wataru Mizukami},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.08533},
year = {2026}
}