打破固定拟设VQE中的对称性陷阱:基于Bravyi-Kitaev映射的三大支柱分子的加速ADAPT-VQE研究
固定拟设变分量子本征求解器(VQE),例如包含单双激发的幺正耦合簇(UCCSD)框架,在使用非局域的Bravyi-Kitaev(BK)费米子-量子比特映射进行评估时,常常遭受严重的初始化瘫痪和零梯度陷阱。该工作系统性地展示了自适应导数组装伪特罗特(ADAPT-VQE)框架如何打破这些结构限制,研究对象涵盖三种不同的电子和几何分子体系:氢化锂($\text{LiH}$)、氟化氢($\text{HF}$)和水($\text{H}_2\text{O}$),这些体系均处于高度拉伸或非对称的多参考位型下。当传统UCCSD-VQE因BK树结构固有的全局相位抵消而在零能量偏移($0.000000$~Ha)处完全失效时,该工作的动态ADAPT-VQE循环通过解析对易子梯度成功分离出主导的对称性破缺算符。为规避大寄存器上密集矩阵指数化和奇异值分解所带来的严重$\mathcal{O}(N^3)$计算瓶颈,该团队实现了一个高度优化的、基于向量的泰勒级数展开状态演化引擎。数值结果表明,加速后的ADAPT-VQE框架在所有三个分子体系中均能在首个宏周期内实现即时、精确的全位型相互作用(FCI)收敛,并在高达12量子比特的寄存器空间内保持绝对的数值稳定性。该研究为在近期局域架构上模拟强关联、高度极化的三原子化学环境建立了一条稳健且硬件高效的路径。

