原子与分子三体系统的量子计算方法

该研究团队展示了针对三体原子(氦、负氢离子)和分子(氢分子离子、氘化氢离子)的高精度量子计算模拟,其中后者研究突破了玻恩-奥本海默近似。研究采用非迭代解耦酉耦合团簇变分量子本征求解器(NI-DUCC-VQE)[M. Haidar等人,《量子科学与技术》10卷025031(2025)],通过将一阶量子化哈密顿量与李代数激发的极小完备池(MCP)相结合,构建了具有梯度无关结构的紧凑拟设。该方法避免了昂贵的梯度计算,在基组规模和电子数量上均表现出高效的计算标度性,同时规避了贫瘠平台问题并实现快速收敛——在所有四个体系中仅需数千次函数评估即可达到10^-11原子单位的能量误差,其态保真度仅受算术精度限制。这些成果使三体原子和分子成为当前噪声中等规模量子(NISQ)器件基准测试的理想候选体系。此外,该方法可扩展至具有更大基组的复杂体系,利用量子比特需求的高效标度特性来精确研究电子关联效应和非绝热效应。该工作还论证了NI-DUCC-VQE在模拟相对论修正和超精细相互作用等高阶效应中的适用性。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-10-20 18:39

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