利用玻色子提升分子振动电子动力学量子模拟的资源效率

模拟化学动力学具有极高的计算复杂度,尤其在非绝热动力学领域——传统数值精确模拟的计算量会随体系规模呈指数级增长,即使对微小分子体系也难以处理。量子计算机可通过两种途径高效模拟化学动力学:通用纯量子比特设备,或专为同时承载电子与振动自由度设计的混合量子比特-玻色子(MQB)模拟器。本研究对比了纯量子比特方案要达到与MQB设备同等模拟精度所需的量子资源。结果表明:MQB模拟所需的量子操作量比纯量子比特方案低数个数量级——模拟孤立分子时,单门MQB电路等效于超过40万门量子比特电路;当包含环境效应时,这一数值更会突破千万量级。上述估算基于完美量子比特与量子门假设,若引入容错纠错机制,资源消耗还将进一步激增数个量级。在误差较小时,MQB模拟器的优势会随体系扩大愈加显著。该研究凸显了直接表征非量子比特化学自由度(而非将其编码为量子比特)所带来的巨大资源优势。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-23 23:05

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