量子计算机上的实空间化学:一种带自适应网格与跨相关扩展的容错算法

量子计算机上的第一性原理实空间量子化学方法具有显著优势:量子比特数量随空间分辨率呈对数增长,且库仑算子将双电子相互作用的计算复杂度从四次方降至二次方。然而现有方案采用均匀离散化处理,导致高电子密度区为捕获电子-核尖峰所需的分辨率会过度采样低密度区,造成计算资源浪费。该研究团队通过部署非均匀的分子自适应网格解决了这一问题,将采样点集中分布在电子密度较高的区域。利用这些网格的Voronoi分区,分子哈密顿量可表达为厄米形式及等谱的转相关形式,后者消除了库仑奇点并产生无尖峰本征函数。这两种形式可自然适配量子本征值求解器:厄米形式对应传统量子相位估计(QPE),而非厄米转相关形式则适用于新近提出的广义量子本征值估计(QEVE)协议。基准测试系统的数值验证表明,这种非启发式的第一性原理框架为量子硬件实现精确基态化学计算提供了可行路径。

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