面向 IQM 量子硬件的化学精度可扩展量子模拟：一种量子-HPC 混合方法
摘要
我们报告了在 IQM 24 量子比特超导处理器上进行的大规模量子计算分子模拟实验研究，最多使用 16 个 operational 量子比特。该工作采用 Sample-based Quantum Diagonalization (SQD) 结合 Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) ansatz 来估计 H、LiH、BeH、HO 和 NH 等基准分子的基态能量。此外，我们在 SQD 工作流程中引入了 Unitary Coupled-Cluster Singles and Doubles (LCNot-UCCSD) ansatz 的 Linear-CNOT 变体，以换取更高的电路深度从而降低经典预处理。提供了这些 ansatz 之间的比较，阐明了它们各自的优势、局限性以及适用于近期量子硬件的特性。我们进一步通过 H 和 HeH 的 1D 扫描（使用 STO-3G 和 6-31G 基组）以及 LiH 和 BeH 在 STO-3G 基组下的扫描，探索了潜在的能量景观。超出此之，我们在量子硬件上构建了水分子完整的 2D 能量表面，沿键长和键角遍历 32×32 的网格。为超越小规模基准系统，我们将 SQD(LUCJ) 与 Density Matrix Embedding Theory (DMET) 结合，用于计算一组类似配体分子以及药理学上相关的安替代ine 系统的活性空间能量。 在所有研究中，大多数量子计算得到的能量与参考 FCI 结果以及嵌入式系统的 DMET-CASCI 能量相符，误差在所选基组下达到化学精度。这些结果表明，基于样本的对角化方法是可靠的，凸显了混合嵌入策略在将量子模拟扩展到日益复杂分子系统方面的潜力，同时也凸显了其在当前 IQM 量子硬件上的可行性。
引用
@article{arxiv.2604.01983,
title = {Towards Chemically Accurate and Scalable Quantum Simulations on IQM Quantum Hardware: A Quantum-HPC Hybrid Approach},
author = {Anurag K. S. V. and Ashish Kumar Patra and Manas Mukherjee and Alok Shukla and Sai Shankar P. and Ruchika Bhat and Radhika T. S. L. and Jaiganesh G},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.01983},
year = {2026}
}
备注
86 pages, 41 figures