从变分量子本征求解器到子空间量子对角化:现代量子算法在电子结构问题中的应用

该论文研究了基于采样的量子算法在电子基态能量估计中的应用,重点探讨了“量子选择组态相互作用”(QSCI)和“基于采样的量子对角化”(SQD)这两种可作为“变分量子本征求解器”(VQE)近期替代方案的方法。与存在贫瘠高原效应和高测量成本的VQE不同,这些方法通过从量子硬件中采样斯莱特行列式并进行经典对角化,避免了变分优化过程。核心创新在于首次提出了采样瓶颈的解析表达式:将行列式发现步骤映射到经典优惠券收集问题,不仅推导出精确公式,还建立了可扩展的下限估计器,用于计算恢复对基态有贡献的所有行列式所需的测量次数。此前研究仅依赖数值采样与估计。该研究通过模拟实验、硬件校准的噪声研究以及在IBM127量子位“布里斯班”处理器上的实际运行验证了分析结果,证明了采样效率对QSCI和SQD近期可行性的决定性影响。该工作是在Mohamed Taha Rouabah博士指导下完成的。
提交arXiv: 2025-09-25 20:39

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