神经网络辅助的费米压缩编码:一种用于可扩展量子化学模拟的有损量子状态压缩框架

量子计算有望为量子化学中的多体模拟带来革命性突破,但其潜力受限于当前设备的有限量子比特数和噪声干扰。该研究团队提出了一种新型"有损量子选择构型相互作用"(Lossy-QSCI)框架,该框架将基于化学启发的有损随机线性编码器(Chemical-RLE)与神经网络辅助费米子期望解码器(NN-FED)相结合。其中,RLE利用费米子数守恒定律压缩量子态,将M个自旋轨道和N个电子所需的量子比特数降至O(N log M)量级,同时保留关键基态信息并实现自洽构型恢复;NN-FED则通过少量数据训练的神经网络高效解码压缩态,克服了传统QSCI方法中常见的测量难题。通过量子采样与经典后处理的迭代结合,该混合方法能高效优化基态估计。在C2和LiH分子上的实验表明,该框架能以更少量子比特和基态数量达到化学精度,为近期和容错量子硬件上的量子化学模拟提供了可扩展的实现路径。

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