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相对论性自旋效应驱动着从光动力治疗中的系间窜越到自旋介导催化及高分辨光谱学等一系列精妙分子现象。这些效应由Pauli-Breit哈密顿量描述，该量通过引入单电子与双电子的自旋-轨道耦合及自旋-自旋相互作用，扩展了非相对论性电子哈密顿量。由于希尔伯特空间的指数级增长及双体自旋相关项的复杂性，经典计算机上对完整Pauli-Breit哈密顿量的第一性原理模拟很快变得难以处理。该研究团队提出了一种容错量子算法，用于计算受Pauli-Breit哈密顿量支配的分子能级与性质。该方法将相对论性哈密顿量以二次量子化、双因式分解的形式进行块编码。通过在对称适应的马约拉纳基中重构哈密顿量，研究人员构建了高效的线性酉组合量子线路，无需借助有效场或平均场近似即可编码自旋-轨道相互作用。团队提出的自旋控制Pauli-SWAP网络解耦了自旋与轨道控制逻辑，使得相对论性自旋混合的处理仅需相对于无自旋模拟的适度开销即可实现统一。通过逻辑量子比特和T门复杂度分析表明，显式自旋自由度不会恶化渐进复杂度标度，其前置因子较直接线性酉组合方法降低了两倍。最后，研究人员概述了用于设计光动力治疗光敏剂、人工光合作用催化剂等依赖精确相对论自旋效应系统的量子-经典混合工作流程。