用于低能有效哈密顿量和准简并本征值问题的量子算法

准简并本征值问题是量子化学和凝聚态物理的核心问题,其中低能谱常形成由近简并态构成的流形,这些态决定了物理性质。当存在唯一基态且具有适度能隙时,标准量子算法(如相位估计和基于QSVT的本征值滤波)表现良好;但在准简并区域,这些算法需要比流形内能级分裂更精细的分辨率,否则会返回低能区间内不受控的叠加态,无法检测或解析简并性。该研究团队提出了一种量子算法,通过在低维参考子空间中求解有效哈密顿量的本征问题,直接对角化此类准简并流形。这一降维问题与原问题完全等价,其解通过块编码波算子提升至完整希尔伯特空间。分析结果提供了可证明的本征值精度和子空间保真度界限,以及总体查询复杂度,表明无需假设任何流形内能级分裂即可高效求解准简并本征值问题。该算法在多个体系(费米-哈伯德模型、LiH分子和过渡金属配合物[Ru(bpy)3]2+)上进行了基准测试,展现出稳健的性能和对(准)简并态的可靠解析能力。
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提交arXiv: 2025-10-09 11:20

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