点群对称性分析在多电子波函数量子计算机中的应用

点群是分子系统中空间对称操作的集合,是化学中分析分子轨道和光谱实验不可或缺的工具。目前已提出多种利用该对称性的量子算法,但点群对称操作的实际实现以及对真实多电子波函数的详细对称性分析仍然缺失。本文提出一种无辅助比特的混合方法,用于分析多电子态的点群对称性,该方法适用于阿贝尔群和非阿贝尔群。对于给定波函数,该工作通过应用由表示矩阵特征向量导出的轨道旋转,计算点群不可约表示的投影权重,因此该方法适用于任意基函数。通过苯和二茂铁分子的数值模拟,验证了该方法的实用性。此外,该团队利用IBM的\texttt{ibm\_kawasaki}设备上多达32个量子比特,在 \(D_{2h}\) 对称性下进行了苯分子基态和第一激发态权重的硬件演示。通过结合基于张量网络的编码方案和误差缓解技术,研究发现两个态的不可约表示权重均得以忠实再现,误差在百分之几以内。该结果表明,所提方法可作为近中期及早期容错量子计算机上实际材料模拟中分析多电子波函数对称性的实用工具。

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提交arXiv: 2026-05-24 02:28

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