基于随机采样的量子对角化实现可证明收敛的量子化学

基于采样的量子对角化(SQD)是近期提出的一种算法,旨在在近近期噪声中等规模量子(NISQ)设备和早期容错量子设备上近似计算多体量子系统的基态波函数。该算法将量子计算机作为采样引擎,生成哈密顿量可经典对角化的子空间。最新提出的SQD变体——基于采样的Krylov量子对角化(SKQD)采用量子Krylov态作为采样电路,其收敛性保证可在与量子相位估计相似的假设条件下成立,前提是基态波函数具有局域性(即仅在全希尔伯特空间的小子集上有支撑)。当前实用规模量子计算机实现SKQD的主要限制在于生成Krylov向量所需的时间演化电路深度。对于诸如分子电子结构哈密顿量等复杂多体系统,该深度超出了现有最先进量子处理器的能力边界。该工作提出了一种新型SQD变体,通过将SKQD与哈密顿量传播子的qDRIFT随机编译方案相结合,构建出名为SqDRIFT的算法。该算法可在保持SKQD收敛性保证的同时,实现化学哈密顿量在实用规模的SQD计算。研究人员应用SqDRIFT计算了多环芳烃类化合物的电子基态能量,其系统尺寸已超越精确对角化方法的处理极限。

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