分會

第二十六分會：電子結構理論及其應用

摘要

變分量子本征值求解器（VQE）是在量子計算機上進行電子結構計算的常用算法之一。它是一種量子-經(jīng)典混合算法，先在量子計算機上制備一個參數(shù)化的量子態(tài)，再根據(jù)變分原理，由經(jīng)典計算機對參數(shù)進行優(yōu)化，使體系哈密頓量的期望值達到最小，以此獲得基態(tài)的能量和波函數(shù)。VQE對噪聲有較高的容忍度，可以在NISQ設備上運行，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)典計算的“維度災難”問題。然而，通常的VQE無法同時計算同一分子的不同構型的基態(tài)能量。由于基態(tài)波函數(shù)隨分子構型變化，VQE中的參數(shù)也會隨之變化，想要計算一個新的構型就必須重新執(zhí)行參數(shù)優(yōu)化過程。這對于動力學模擬等需要勢能面的領域來說有些不便。 把分子構型信息編碼到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)所有分子構型的基態(tài)能量和波函數(shù)。我們把包含分子構型信息的數(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)為包含分子構型信息的數(shù)據(jù)。這樣，對于同一分子的不同構型，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)化計算多個分子構型成為可能。在實際測試中發(fā)現(xiàn)，引入量子線路的中間測量和再輸入，可以大幅提高精度。這些工作使得VQE有能力計算分子的勢能面而非單一構型的基態(tài)能量，并同時給出勢能面中所有構型的基態(tài)波函數(shù)。

關鍵詞

變分量子本征值求解器;勢能面

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