Um algoritmo quântico baseado em circuito completo para estados excitados em química quântica

Um algoritmo quântico baseado em circuito completo para estados excitados em química quântica

Carimbo de data / hora: 4 de janeiro de 2024 9h05
Nó Fonte: 3046391

Jingwei Wen1,2,Zhengan Wang3, Chitong Chen4,5, Junxiang Xiao1, Pendure Li3, Ling Qian2, Zhiguo Huang2, Fã Heng3,4, Shijie Wei3e Guilu Long1,3,6,7

1Laboratório Chave Estadual de Física Quântica de Baixa Dimensão e Departamento de Física, Universidade de Tsinghua, Pequim 100084, China
2China Mobile (Suzhou) Software Technology Company Limited, Suzhou 215163, China
3Academia de Ciências da Informação Quântica de Pequim, Pequim 100193, China
4Institude de Física, Academia Chinesa de Ciências, Pequim 100190, China
5Escola de Ciências Físicas, Universidade da Academia Chinesa de Ciências, Pequim 100190, China
6Centro Científico Frontier para Informação Quântica, Pequim 100084, China
7Centro Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia da Informação de Pequim, Pequim 100084, China

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Sumário

A utilização de computadores quânticos para investigar a química quântica é um importante campo de pesquisa atualmente. Além dos problemas do estado fundamental que têm sido amplamente estudados, a determinação dos estados excitados desempenha um papel crucial na previsão e modelagem de reações químicas e outros processos físicos. Aqui, propomos um algoritmo quântico não variacional baseado em circuito completo para obter o espectro de estado excitado de um hamiltoniano de química quântica. Comparado com algoritmos variacionais híbridos quânticos clássicos anteriores, nosso método elimina o processo de otimização clássico, reduz o custo de recursos causado pela interação entre diferentes sistemas e alcança taxa de convergência mais rápida e robustez mais forte contra ruído sem platô estéril. A atualização dos parâmetros para determinar o próximo nível de energia depende naturalmente dos resultados de medição de energia do nível de energia anterior e pode ser realizada apenas modificando o processo de preparação de estado do sistema auxiliar, introduzindo pouca sobrecarga adicional de recursos. São apresentadas simulações numéricas do algoritmo com moléculas de hidrogênio, LiH, H2O e NH3. Além disso, oferecemos uma demonstração experimental do algoritmo em uma plataforma de computação quântica supercondutora, e os resultados mostram uma boa concordância com as expectativas teóricas. O algoritmo pode ser amplamente aplicado a vários problemas de determinação de espectro hamiltoniano em computadores quânticos tolerantes a falhas.

Imagem em destaque: Circuito quântico para a realização do algoritmo FQESS.

Resumo popular

Propomos um algoritmo completo de resolução de estado excitado quântico (FQESS) para determinar o espectro da química hamiltoniana de forma eficiente e constante para futura computação quântica tolerante a falhas. Comparado com algoritmos variacionais híbridos quânticos clássicos, nosso método remove o processo de otimização em computadores clássicos, e a atualização de parâmetros para diferentes níveis de energia pode ser simplesmente realizada modificando o processo de preparação de estado do sistema auxiliar com base na medição de energia de energia anterior. nível, que é experimentalmente amigável. Além disso, a natureza não variacional pode garantir que o algoritmo convirja para os estados alvo ao longo da direção da descida gradiente mais rápida, evitando o fenômeno do platô árido. Nosso trabalho preenche a última etapa da resolução de problemas de química quântica baseados em diferentes estruturas de algoritmos.

► dados BibTeX

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As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2024-01-04 14:13:50). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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