不同量子计算平台上的从头算极化子化学:量子比特、量子数码及量子比特-量子模混合架构

将“从头算”极性化学移植到新兴量子计算机的尝试引发了若干根本性问题。其中核心挑战在于:如何在统一平台上高效表征费米子与玻色子的自由度,以开发能够在近期硬件上以合理成本精确捕捉强电子-光子关联的计算策略。鉴于极性化学问题的费米子-玻色子混合特性,研究团队提出关键思考:是该团队仅依赖传统量子比特平台,还是应该探索替代性计算范式?为探究此问题,该工作系统考察了三种策略:基于量子比特、基于量子轨道及混合量子比特-量子模态的方案。针对每种平台,研究人员设计了紧凑且物理意义明确的量子电路拟设,并将其集成至态平均变分量子特征求解器中,以同步计算多个极性本征态。该方法的突破点在于开发了紧凑的电子-光子纠缠电路,这些电路专门适配各硬件架构的原生能力与局限。通过对腔内嵌氢分子体系的基准测试,该团队成功复现了光诱导避免交叉等特征现象。结果表明三种策略在预测极性本征能量与本征态方面精度相当。但就所需量子资源而言,混合量子比特-量子模态方案在资源效率与精度间实现了最佳平衡,量子轨道方案紧随其后,两者均优于传统量子比特策略。该研究为极性系统提供了具备硬件意识的量子编码策略对比,并揭示了高维量子平台在模拟复杂光-物质系统方面的潜力。

量科快讯