化学量子计算中的对称性困境:全面分析
对称性适配、普适性和门效率是电子结构与多体物理量子算法中核心却常相互冲突的要求。例如,完全对称适配的普适算子池通常会产生长而深的量子线路,门效率高的普适算子池往往破坏对称性,而门效率高且完全对称适配的算子池可能不具备普适性。该工作从理论和数值两方面分析了此类对称性困境。在理论层面,研究人员证明当强制保持空间对称性时,由单重态自旋适配单激子和完美配对双激子构成的流行高效算子池不具备普适性。为展示三类算子池的优劣,该团队采用自适应算法结合以下算子池进行数值模拟:(i)完全对称适配且普适的算子池;(ii)完全对称适配但非普适的算子池;(iii)破坏单一对称性但具备普适性的算子池。数值模拟涵盖三种物理相关场景:目标态为(i)全局基态;(ii)与具有多重对称性差异态发生交叉的基态;(iii)与仅单一对称性差异态发生交叉的基态。结果表明:破坏对称性但普适的算子池可安全使用的条件;何时只需保持至少一种区分性对称性即可满足要求;以及必须严格保留特定对称性以避免变分崩溃的情形。这项理论与数值相结合的研究为化学量子模拟中平衡普适性、资源需求与稳健态靶向的对称适配算子池设计及基准测试提供了实用指南。
量科快讯
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