arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日
机构名称:
¥ 1.0

量子计算是一种新的计算范式,有望有效模拟量子力学系统。然而,与工业相关的分子尺寸相比,嘈杂的中型量子 (NISQ) 设备提供的硬件范围仍然很小。本文引入了增量法 (MI),以帮助加快 NISQ 设备在量子化学模拟中的应用。MI 方法将分子系统的电子关联能量表示为轨道、原子、分子或碎片的截断多体展开。在这里,系统的电子关联以占据轨道的形式展开,并采用 MI 方法系统地减少占据轨道空间。同时,虚拟轨道空间基于冻结自然轨道 (FNO) 减少,FNO 是使用二阶多体微扰理论的单粒子密度矩阵获得的。这样,构建了一种称为 MI-FNO 方法的方法,用于系统地减少量子化学模拟中的占用空间和虚拟空间。然后可以通过任何算法(包括相位估计算法和变分量子特征值求解器等量子算法)求解由 MI-FNO 减少引起的子问题,以预测分子系统的相关能量。在 cc-pVDZ 基组内,针对小分子(即 BeH 2 、CH 4 、NH 3 、H 2 O 和 HF)的情况,研究了 MI-FNO 方法的准确性和可行性。然后,使用对工业相关的中型催化剂分子(“受限几何”烯烃聚合催化剂)的量子比特计数估计,研究了所提出的框架对于实际工业应用中使用的较大分子的有效性。我们表明,即使采用适度截断虚拟空间,MI-FNO 方法也能将量子比特需求减少近一半。这样一来,我们的方法可以促进基于较小但更现实的化学问题的硬件实验,从而有助于表征 NISQ 设备。此外,降低量子比特需求有助于扩大可在量子化学应用中模拟的分子系统的大小,从而大大增强大规模工业应用的计算化学研究。

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日PDF文件第1页

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日PDF文件第2页

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日PDF文件第3页

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日PDF文件第4页

arXiv:2002.07901v1 [quant-ph] 2020 年 2 月 18 日PDF文件第5页

相关文件推荐