兴奋态-CAFQA:一种用于分子激发态变分估计的经典模拟引导方法

变分量子算法(VQAs)是一类适合在当前量子设备上实现的迭代算法。这类算法通过经典优化来最小化量子电路评估的成本函数,但其抗噪声能力通常不足以满足量子化学应用的需求。提升VQAs性能的方法之一是通过精确的拟设初始化——CAFQA(量子精度克利福德拟设)协议通过在全状态空间的经典可模拟子集中进行离散搜索,以寻找优质初始化参数。此前研究已验证CAFQA在变分量子本征求解器(VQE)中的应用效果,该算法用于计算哈密顿量的基态。 受CAFQA成功案例的启发,该研究团队提出面向变分量子紧缩算法(VQD)的激发态CAFQA初始化方案。VQD作为VQE的扩展算法,通过在原VQE成本函数中追加惩罚项,约束第k个激发态与先前计算的k-1个能态正交,从而递归求解激发态。与VQE类似,在CAFQA离散搜索涉及的态空间内,VQD成本函数可被经典计算机高效计算,这使得CAFQA优化器能为每个能级计算找到优质初始参数。初步评估表明,针对H2和HeH+分子体系在不同键长和激发态下的计算,激发态CAFQA可实现90%至99%以上的精度。
提交arXiv: 2025-09-24 22:01

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