基准测试量子模拟方法
量子相位估计算法(QPE)是容错量子计算的核心算法,尤其在化学体系的电子结构计算中具有关键作用。为适应量子化学系统的多样性特征,研究人员已开发出多种QPE变体,每种变体对量子比特和门电路成本的影响各不相同。该工作量化了三个关键参数对QPE算法总体量子资源成本的影响:在特洛特分解与量子比特化方案间的选择、分子轨道与平面波基组的运用,以及费米子-量子比特编码方案的选取。基于此,该团队建立了明确的性能权衡关系,并划定了能最小化相关分子系统资源成本的特定参数区间。在容错环境下对大分子进行相位估计时,采用平面波基组的第一量子化量子比特化电路效率最高,对于含N个电子和M个轨道的系统,其门电路成本量级为𝒪~ ([N4/3M2/3 + N8/3M1/3]/ε),这是目前已知的最佳量级标度。而当仅能使用噪声中等规模或近期容错系统时,通过分子轨道基组的特洛特分解方案,小分子相位估计的门电路成本可控制在𝒪(M7/ε2)量级。此外,该研究还针对若干实际分子系统,给出了不同参数选择下执行QPE所需的量子比特数目和T门成本的数值估算结果。