高效经典表示与完全活性空间波函数的量子态制备
量子计算机有望解决一大类分子的电子结构问题。然而,相关量子算法的性能取决于能否制备出与目标特征向量具有显著重叠的初始态。对于存在强电子关联、经典计算具有挑战性的分子而言,从多参考态(例如完全活性空间(CAS)波函数)出发是必要的。遗憾的是,应用于此类态的最先进的态制备协议,其门复杂度会随活性空间大小 \(d\) 呈指数增长。实际上,传统观点认为,对于化学相关的体系,即使是经典地编码一个 CAS 态也是难以处理的。该工作从近期提出的量子Paldus变换(QPT)中汲取灵感,证明存在一种高效的 CAS 态经典表示,并设计了一种超越先前方法的全新态制备流程。QPT 实现了从 Fock 基到更友好的对称自适应基的变换。该团队的主要贡献在于证明,在 QPT 基下展开的 CAS 态可以高效地表示为矩阵乘积态(MPS),其键维数缩放为 \(O(d^2)\)。随后,可以高效地将该 MPS 加载到量子计算机上,并利用逆 QPT 将态变换回 Fock 基。此外,该研究方法可以轻松扩展至第一量子化中以类似复杂度高效制备 CAS 态。关键在于,该工作证明这两种态制备协议的复杂度仅以 \(O(d^3)\) 方式多项式增长,据该团队所知,这相较现有技术实现了指数级改进。
量科快讯
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