使用VQE进行分子能量估算的量子硬件局限性

变分量子本征求解器(VQEs)是当前解决量子化学中电子结构问题最具前景的量子算法之一,尤其在中等规模含噪声量子(NISQ)时代。该研究团队通过自适应导数组装伪特rotter拟设VQE(ADAPT-VQE),系统评估了现有量子硬件上VQE算法测定分子基态能量的能力与局限。针对分子哈密顿量带来的巨大计算挑战,研究人员探索了简化哈密顿量、优化拟设结构、以及改进COBYLA优化器的经典参数优化等策略。这些优化方法被整合到一个定制化的量子计算实施方案中,旨在最小化电路深度和计算成本。以苯分子为基准体系,该团队在IBM量子计算机上验证了这些优化方案的应用效果。 尽管取得这些改进,研究结果仍凸显出现有量子硬件的局限性——尤其是量子噪声对态制备和能量测量的影响。当前设备的噪声水平导致无法以足够精度评估分子哈密顿量,从而难以获得可靠的量子化学见解。最后,该工作推演了未来量子硬件需满足的条件,以实现可扩展且实用的VQE量子化学计算。这项研究为推进量子算法与硬件发展、最终在分子建模领域实现量子优势提供了路线图。

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