小分子VQE的资源估算:费米子映射与哈密顿量约简的影响

分子基态能量的精确测定仍是量子化学领域的重大挑战,也是推动药物发现与材料设计等领域发展的关键基石。变分量子本征求解器(VQE)作为当前主流的量子-经典混合计算范式,其实际应用受限于噪声干扰与现有量子硬件的可扩展性约束。要在噪声中等规模量子(NISQ)设备及未来容错可扩展量子(FASQ)系统上实现高效模拟,必须深入理解计算资源随分子复杂度及费米子-量子比特编码方案的缩放规律。本研究系统分析了采用幺正耦合簇单双激发(UCCSD)拟设的VQE算法资源需求:将二阶量子化的分子哈密顿量通过Jordan-Wigner(JW)、Bravyi-Kitaev(BK)和Parity(Pa)变换映射为量子比特算符,并考察包括ℤ2锥削与冻结核近似在内的哈密顿量简化策略对资源缩放的影响。分析表明,结合对称性简化措施的优化变换方案,可使所研究分子体系的量子比特数最高减少≈50%,量子门操作数最高降低≈45倍,这为在NISQ与FASQ硬件上执行具有化学意义的模拟提供了实用指导。
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提交arXiv: 2025-12-01 12:24

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