从承诺到实践:量子硬件上的量子化学基准测试

该研究团队基于W4-11热化学数据集(包含124个原子化能、83个键解离能、20个异构化能、505个重原子转移及13个亲核取代反应过程),对样本量子对角化(SQD)电子结构方法进行了系统性评估,涵盖多种化学键合状态与反应机制。这是迄今规模最大的量子-经典混合算法在数字量子设备上的精度研究,涉及多样分子体系与化学反应,共使用超导量子处理器“IBM Rensselaer”16.85小时及超级计算机AiMOS 724.22节点小时。为确保公平对比,该工作对经典与量子模拟采用了对等的资源分配方案。虽然SQD方法在基态参考能量上表现出较大统计偏差,但通过能量外推可获得CCSD级别的精度。研究发现键断裂反应随计算资源增加呈现系统性改进,而亲核取代或重原子转移反应则无此规律。本文量化的局限性为SQD算法改进指明了方向,该成果通过在线基准挑战赛和开源Python工具库,为探索新型量子算法与设备提供了基准测试资源。

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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-11-30 18:17

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