基于样本的量子对角化方法在二氮杂环丙烷和重氮化合物光化学建模中的应用
重氮杂环丙烷和重氮化合物被广泛用作光反应前体,用于生成卡宾——化学生物学和材料科学中的关键中间体。然而,由于需要大的活性空间以及准确捕获激发态势能面、过渡态和锥形交叉点的要求,计算建模其反应路径仍然具有挑战性。该工作采用混合量子-经典工作流程研究代表性重氮杂环丙烷-重氮甲烷体系中的卡宾形成。该方法利用基于样本的量子对角化(SQD)及其扩展变体(Ext-SQD)进行基态和激发态分析,并结合经典工具进行几何优化、活性空间选择和诊断评估。量子计算在超导量子处理器上执行,脂肪族和芳基取代的重氮杂环丙烷-重氮甲烷对的结果与已建立的经典方法(包括DFT、CCSD、CASCI和SCI)进行了基准比较。相对于CASCI(12,10)参考,SQD在母体重氮杂环丙烷势能面上的几乎所有固定点都达到了超过化学精度阈值的准确性,并且在(30,30)活性空间中苯基取代的重氮杂环丙烷仍接近化学精度,相对于SCI基准的平均偏差为1.1 kcal/mol。SQD密切遵循CASCI和SCI的趋势,显示出一致的吻合度。研究结果证明了量子计算框架在建模电子复杂且具有药理学相关性的分子的光化学转化方面的潜力。