利用VQE方法模拟电池正极材料过渡金属氧化物
量子物理
2022-08-18 v1 原子与分子团簇
化学物理
计算物理
摘要
变分量子本征求解器（VQE）是一种混合量子-经典技术，利用含噪声中等规模量子（NISQ）硬件来获得模型哈密顿量的最小本征值。迄今为止，VQE已被用于模拟凝聚态系统以及小分子的量子化学。在这项工作中，我们采用VQE方法获得LiCoO的基态能量，LiCoO是一种用于电池正极的候选过渡金属氧化物。我们模拟了LiCoO和CoO气相模型，它们分别代表了锂离子蓄电池放电和充电期间的嵌锂和脱锂状态。计算使用态矢量模拟器以单参考态对三种不同试探波函数进行：酉耦合簇单双激发（UCCSD）、酉耦合簇广义单双激发（UCCGSD）和k-酉对耦合簇广义单双激发（k-UpCCGSD）。分析了电路深度、双量子比特纠缠门和波函数参数方面的资源。我们发现k=5的k-UpCCGSD产生与UCCSD相似的结果，但成本更低。最后，将VQE方法的性能与基于经典波函数的方法（如耦合簇单双激发（CCSD）和完全活性空间组态相互作用（CASCI））进行基准比较。我们的结果表明VQE方法与CCSD获得的结果定量一致。然而，与CASCI结果的比较清楚地表明，可能需要先进的试探波函数来捕获多参考特征以及由高级电子激发产生的关联。
引用
@article{arxiv.2208.07977,
title = {Towards the simulation of transition-metal oxides of the cathode battery materials using VQE methods},
author = {Marwa H. Farag and Joydip Ghosh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.07977},
year = {2022}
}
备注
32 pages, 6 figures