超越实数:用于近期量子计算机上分子电子结构计算的替代酉簇 Jastrow 模型

近期量子设备需要既具有表达力又具有浅电路深度的波函数拟设,以便准确且高效地模拟分子电子结构。虽然酉耦合簇(如UCCSD)已成为标准,但其实现所需的高门数限制了其在噪声中等规模量子(NISQ)硬件上的可行性。K折酉簇Jastrow(uCJ)拟设通过提供O(kN²)的电路缩放和有利的线性深度电路实现,缓解了这一挑战。先前的工作主要集中在uCJ的实轨道旋转(Re-uCJ)变体上,该变体允许精确(无Trotter)实现。在此,该团队通过引入两种新变体Im-uCJ和g-uCJ,扩展并推广了k折uCJ框架,这两种变体分别引入了虚数和完全复数的轨道旋转算子。与Re-uCJ类似,这两种新变体都实现了二次门数缩放。研究结果集中在最简单的k=1模型上,并表明uCJ模型通常能将能量误差保持在化学精度范围内。g-uCJ和Im-uCJ在捕捉电子相关性方面更具表达力,并且比早期的Re-uCJ拟设更准确。该团队进一步表明,Im-uCJ和g-uCJ电路也可以精确实现,无需任何Trotter分解。在H₂、H₃⁺、Be₂、C₂H₄、C₂H₆和C₆H₆上使用k=1进行的数值测试,证实了这些基于Jastrow的浅拟设在近期量子硬件上应用的实际可行性。

量科快讯