基于算子交换性的复杂化学系统量子嵌入模拟状态制备方法研究
确定指数级扩展的基态波函数及其相关分子性质,仍是量子化学领域的核心挑战之一。在量子计算机上实现的混合量子-经典算法为解决该问题提供了可行路径。然而,尽管已在小型分子系统上取得多项成功验证,受限于嘈杂中型量子(NISQ)硬件的性能,对大型化学现实分子的精确模拟仍面临困难。为突破NISQ设备的限制,同时保持基态能量估算的精度,研究人员提出了一种基于密度矩阵嵌入理论(DMET)框架下算子交换性与能量驱动筛选的动态拟设构建策略。通过全系统分割,该工作实现了在单个嵌入子系统上动态构建拟设,使得每个嵌入问题都能以预期精度独立求解。嵌入哈密顿量通过与动态构建的波函数进行自洽更新,二者的耦合优化最终实现了对整体系统精确高效的描述。 为验证该方法性能,研究团队将其应用于多达144个量子比特的分子体系及化学过程。这些模拟每次最多仅需20个量子比特,与传统拟设方法相比,不仅精度显著提升,量子门需求也大幅降低。该工作进一步探究了不同分割策略的影响,并证明该方法在DMET自洽循环的每个环节都具有适应性,从而为强关联系统带来了精度上的重大突破。

