石墨烯类似物的混合量子-经典模拟:超越DFT的吸附能量学
理解强关联体系对于推动量子化学和材料科学发展至关重要,然而传统方法如密度泛函理论(DFT)往往无法捕捉其复杂的电子行为。为克服这些局限,该团队开发了一种融合多组态自洽场(MCSCF)与变分量子本征求解器(VQE)的混合量子-经典计算框架。通过对水分子解离反应的基准测试,研究人员系统优化了关键计算参数,包括拟设选择、活性空间构建及误差缓解策略。在此基础上,该工作进一步研究了石墨烯类似物与水分子间的相互作用,证明该框架获得的结合能与高精度量子方法结果一致。更值得注意的是,该团队将此方法应用于预测过渡金属(铁、钴、镍)在完整/缺陷石墨烯类似物上的结合能,揭示了强烈的电荷转移效应和显著的多参考态特征现象——这些往往被标准DFT错误描述。与现有众多仅适用于小分子体系的量子算法不同,该框架对金属-石墨烯复合物等较大强关联体系也能实现化学精度的预测。这一进展凸显了混合量子-经典方法处理复杂电子相互作用的能力,为在噪声中等规模量子(NISQ)时代实现实际材料应用的量子优势提供了可行路径。
