在IQM量子硬件上实现化学精度与可扩展的量子模拟:量子-HPC混合方法

我们展示了基于量子计算的分子模拟大规模实验研究,该研究在IQM公司的24量子比特超导处理器"Sirius"上完成,最多使用了16个操作量子比特。该工作采用基于采样的量子对角化(SQD)方法与局域幺正集群Jastrow(LUCJ)拟设相结合,估算了包括H2、LiH、BeH2、H2O和NH3在内的一组基准分子的基态能量。此外,我们在SQD工作流程中引入了幺正耦合簇单双激发(LCNot-UCCSD)拟设的线性CNOT变体,以更高的电路深度换取更少的经典预处理。研究对比了这些拟设的性能,阐明了它们各自的优势、局限性和对近期量子硬件的适用性。 该团队进一步通过一维扫描探索了H2和HeH+分子在STO-3G和6-31G基组下的势能面,以及LiH和BeH2在STO-3G基组下的势能面。在此基础上,研究人员展示了在量子硬件上实验构建水分子完整二维势能面的过程,该势能面以键长和键角为坐标轴建立了32×32的网格映射。 为突破小型基准体系的限制,该工作将SQD(LUCJ)与密度矩阵嵌入理论(DMET)相结合,计算了一组配体类分子以及具有药理意义的金刚烷胺体系的活性空间能量。在所有研究中,大多数量子计算获得的能量结果与参考FCI数据以及嵌入体系的DMET-CASCI能量值相符,在所选用基组下均达到化学精度。这些结果验证了基于采样的对角化方法的可靠性,凸显了混合嵌入策略在将量子模拟拓展至更复杂分子体系方面的潜力,同时也证明了这些方法在当前IQM量子硬件上的实用性。

作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-04-02 12:43

量科快讯