通过量子快速多极方法进行化学的量子模拟

该研究团队描述了一种在量子计算机上模拟量子化学的方法,其渐近复杂度显著低于先前工作。该方法采用分子哈密顿量的实空间第一量子化表示,并通过高阶乘积公式进行演化。实现这种低复杂度的关键在于使用类似快速多极法的技术来计算库仑算子,使得模拟η个粒子时的复杂度仅为𝒪̃(η)。研究团队展示了如何改进该算法以适配量子计算机实现,最终提出具有t(η⁴ᐟ³N¹ᐟ³ + η¹ᐟ³N²ᐟ³)(ηNt/ϵ)ᵒ⁽¹⁾门复杂度的方案,其中N为网格点数,ϵ为目标精度,t为时间演化时长。相比多数现有算法,这实现了约𝒪(η)的加速。在N<η⁶(实际应用中最关注的区间)的条件下,该成果复杂度低于所有现有研究,仅当N>η⁶时第一量子化相互作用图像模拟才具有更优性能。与经典快速多极法类似,需要η≳10³的大规模体系才能体现该优势。

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提交arXiv: 2025-10-08 18:00

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