量子处理器上质子转移动力学近似量子电路编译
质子转移反应是众多化学与生物体系的核心过程,量子效应(如隧穿效应、离域化与零点振动)在其中发挥着关键动力学调控作用。然而,传统计算方法虽能精确捕捉这些现象,其计算复杂度却随体系规模呈灾难性增长。本研究基于“核-电子轨道”理论框架,开发并验证了将转移质子作为量子实体处理的量子计算算法,评估了当前量子设备高精度模拟质子转移动力学的潜力。该团队首先采用冻结自然轨道近似,在截断轨道空间中构建了深度初始拟设;随后通过自适应近似量子编译技术,在电路深度与态保真度间实现平衡。针对ibm_fez量子处理器,研究者在不同压缩层级下运行编译生成的量子电路,结合真实硬件噪声模型计算了质子转移路径上的能垒高度与质子离域化密度。结果表明:尽管当前量子硬件噪声相对于苛刻的能量精度要求仍不可忽视,但该方法能在保持能垒估算值与参照值偏差小于13%的前提下,实现显著的电路简化。这些发现为近期量子设备与早期容错量子计算系统中关键电路模块的近似优化提供了实用方案。
