Un algorithme quantique basé sur un circuit complet pour les états excités en chimie quantique

Un algorithme quantique basé sur un circuit complet pour les états excités en chimie quantique

Horodatage: 4 janvier 2024 9:05 AM
Nœud source: 3046391

Jing Wei Wen1,2, Zhengan Wang3, Chitong Chen4,5, Junxiang Xiao1, Accroche Li3, Ling Qian2, Zhiguo Huang2, Heng Fan3,4, Shijie Wei3, et Guilu Long1,3,6,7

1Laboratoire clé d'État de physique quantique de basse dimension et Département de physique, Université Tsinghua, Pékin 100084, Chine
2China Mobile (Suzhou) Software Technology Company Limited, Suzhou 215163, Chine
3Académie des sciences de l'information quantique de Pékin, Pékin 100193, Chine
4Institude of Physics, Académie chinoise des sciences, Pékin 100190, Chine
5École des sciences physiques, Université de l'Académie chinoise des sciences, Pékin 100190, Chine
6Centre scientifique frontière pour l'information quantique, Pékin 100084, Chine
7Centre national de recherche de Pékin sur les sciences et technologies de l'information, Pékin 100084, Chine

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Abstract

Utiliser l’ordinateur quantique pour étudier la chimie quantique est aujourd’hui un domaine de recherche important. Outre les problèmes d’état fondamental qui ont été largement étudiés, la détermination des états excités joue un rôle crucial dans la prédiction et la modélisation des réactions chimiques et d’autres processus physiques. Nous proposons ici un algorithme quantique non variationnel basé sur un circuit complet pour obtenir le spectre d’états excités d’un hamiltonien de chimie quantique. Par rapport aux précédents algorithmes variationnels hybrides quantiques classiques, notre méthode élimine le processus d'optimisation classique, réduit le coût des ressources provoqué par l'interaction entre différents systèmes et atteint un taux de convergence plus rapide et une robustesse plus forte contre le bruit sans plateau stérile. La mise à jour des paramètres pour déterminer le niveau d'énergie suivant dépend naturellement des sorties de mesure d'énergie du niveau d'énergie précédent et peut être réalisée en modifiant uniquement le processus de préparation d'état du système auxiliaire, introduisant peu de ressources supplémentaires. Des simulations numériques de l'algorithme avec des molécules d'hydrogène, LiH, H2O et NH3 sont présentées. De plus, nous proposons une démonstration expérimentale de l’algorithme sur une plateforme de calcul quantique supraconductrice, et les résultats montrent un bon accord avec les attentes théoriques. L’algorithme peut être largement appliqué à divers problèmes de détermination du spectre hamiltonien sur les ordinateurs quantiques tolérants aux pannes.

Image en vedette : Circuit quantique pour la réalisation de l’algorithme FQESS.

Résumé populaire

Nous proposons un algorithme de résolution d'états excités quantiques complets (FQESS) pour déterminer le spectre de l'hamiltonien chimique de manière efficace et constante pour le futur calcul quantique tolérant aux pannes. Par rapport aux algorithmes variationnels hybrides quantiques classiques, notre méthode supprime le processus d'optimisation dans les ordinateurs classiques, et la mise à jour des paramètres pour différents niveaux d'énergie peut être simplement réalisée en modifiant le processus de préparation d'état du système auxiliaire basé sur la mesure d'énergie de l'énergie précédente. niveau, qui est expérimentalement convivial. De plus, la nature non variationnelle peut garantir que l’algorithme converge vers les états cibles dans la direction de la descente de gradient la plus rapide, évitant ainsi le phénomène de plateau stérile. Nos travaux constituent la dernière étape de la résolution de problèmes de chimie quantique basée sur différents cadres algorithmiques.

► Données BibTeX

► Références

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Cité par

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