适用于容错量子计算机的量子化学对称性适应态制备

该团队提出了一套系统化且资源高效的连续对称性投影算子构建方法,特别针对U(1)粒子数与SU(2)总自旋对称性,专为容错量子计算设计。该研究团队采用线性酉算子组合(LCU)及广义量子信号处理(GQSP与GQSVT)技术实现投影算子,这些算子可在量子相位估计(QPE)前作为量子态滤波器进行相干应用。研究人员分析了显式电路实现的渐近门复杂度:对于粒子数与Sz对称性,GQSP因其辅助量子比特需求低且对有限精度旋转门合成具有鲁棒性,展现出优越的资源利用特性;对于总自旋投影,PˆS,MS的结构化分解显著减少了投影算子的T门数量。 数值模拟表明,对称性滤波能大幅提升QPE成功概率,在典型分子体系中相比未滤波方案可降低总体计算成本。资源估算进一步揭示:对称性滤波的T门消耗比后续相位估计步骤低3至4个数量级。这一优势在强关联大体系(如标准强关联开壳层基准体系FeMoco)中尤为显著——FeMoco的QPE成本约1010个T门,而该团队设计的对称性投影算子仅需106–107个T门。这些成果确立了连续对称性投影算子作为量子化学态制备实用化、可扩展工具的可行性,为实现更高效的容错量子模拟提供了新路径。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-01-13 13:17

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