分子动力学过程的量子模拟——基于经典模拟器与现有量子硬件的基准研究
该研究团队探索了如何利用量子计算机的经典模拟器(仿真器)及现有量子硬件对量子分子动力学中的基础问题进行建模。研究涉及自由波包传播、谐振子振动和势垒隧穿等问题,所有案例均从初始波包构建开始。虽然Qiskit提供了波函数初始化的通用方法,但其生成的量子电路通常层级过深——这些电路在无噪声模拟器上表现良好,但在真实量子硬件中会因噪声干扰严重失效。为此,研究人员设计了一种更浅层级的量子电路来制备类高斯初始波包,显著提升了真实硬件上的运行效果。 通过构建量子电路分别施加动能和势能算符,该工作实现了波函数随时间演化的模拟。在经典量子硬件模拟器上获得的建模结果与传统(经典)方法完全吻合,验证了所开发量子算法和Qiskit代码的准确性。然而,在当前IBM超导量子比特和IonQ离子阱等实际量子硬件上的运行结果仍存在显著偏差,这揭示了硬件性能的局限性。本研究既展现了量子计算机解决量子分子动力学基础问题的潜力,也明确了现阶段面临的技术挑战。
