分會(huì)

第二十六分會(huì)：電子結(jié)構(gòu)理論及其應(yīng)用

摘要

變分量子本征值求解器（VQE）是在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的常用算法之一。它是一種量子-經(jīng)典混合算法，先在量子計(jì)算機(jī)上制備一個(gè)參數(shù)化的量子態(tài)，再根據(jù)變分原理，由經(jīng)典計(jì)算機(jī)對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使體系哈密頓量的期望值達(dá)到最小，以此獲得基態(tài)的能量和波函數(shù)。VQE對(duì)噪聲有較高的容忍度，可以在NISQ設(shè)備上運(yùn)行，而且用量子比特表示體系的量子態(tài)的方法，有望解決經(jīng)典計(jì)算的“維度災(zāi)難”問題。然而，通常的VQE無法同時(shí)計(jì)算同一分子的不同構(gòu)型的基態(tài)能量。由于基態(tài)波函數(shù)隨分子構(gòu)型變化，VQE中的參數(shù)也會(huì)隨之變化，想要計(jì)算一個(gè)新的構(gòu)型就必須重新執(zhí)行參數(shù)優(yōu)化過程。這對(duì)于動(dòng)力學(xué)模擬等需要?jiǎng)菽苊娴念I(lǐng)域來說有些不便。 把分子構(gòu)型信息編碼到VQE的量子線路中，可以使一次參數(shù)優(yōu)化算得一定范圍內(nèi)所有分子構(gòu)型的基態(tài)能量和波函數(shù)。我們把包含分子構(gòu)型信息的數(shù)據(jù)（如鍵長、鍵角等）作為量子門的參數(shù)。在通常的VQE中，所有量子門的參數(shù)均是可優(yōu)化的參數(shù)。在我們的線路中，一部分門的參數(shù)是可優(yōu)化參數(shù)，另一部分門的參數(shù)為包含分子構(gòu)型信息的數(shù)據(jù)。這樣，對(duì)于同一分子的不同構(gòu)型，即便所有可優(yōu)化參數(shù)均相同，量子線路也可以給出不同的量子態(tài)，使得單次優(yōu)化計(jì)算多個(gè)分子構(gòu)型成為可能。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，引入量子線路的中間測(cè)量和再輸入，可以大幅提高精度。這些工作使得VQE有能力計(jì)算分子的勢(shì)能面而非單一構(gòu)型的基態(tài)能量，并同時(shí)給出勢(shì)能面中所有構(gòu)型的基態(tài)波函數(shù)。

關(guān)鍵詞

變分量子本征值求解器;勢(shì)能面

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