多构型表面化学的状态平均量子算法:Rh@TiO2(110)基准研究

表面催化过程的精确建模通常需要能够描述强关联、电荷转移以及多个紧密相邻电子态的方法。虽然密度泛函理论仍被广泛使用,但其对局域电子态的局限性促使人们采用基于波函数的方法,以及近年来兴起的量子计算算法。然而,量子拟设(ansätze)在化学驱动的多态场景中的表现仍很大程度上未被探索。本研究以NO分子在Rh掺杂TiO2(110)表面吸附的嵌入式团簇模型为对象,对状态平均因子化酉耦合簇单双激发(SA-fUCCSD)和自适应问题定制拟设(SA-ADAPT)进行了基准测试。该体系表现出显著的多组态特性和多个态交叉,为测试提供了严格标准。研究以状态平均完全活性空间自洽场(CASSCF)为参照,在固定轨道基组下评估了这些量子拟设作为相应完全活性空间组态相互作用(CASCI)问题求解器的表现。研究发现SA-fUCCSD随着电路深度增加而改进,但需要大量参数且对初始化敏感;相比之下,SA-ADAPT能以更少的算子达到接近CASSCF的精度。通过改进的算子选择方案——每次迭代纳入多个算子,收敛速度得到显著提升。这些结果证明了自适应拟设处理多态问题的效率,并为超越最小模型的化学体系量子算法建立了受控基准。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-20 08:05

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