直链烷烃量子化学的自由基碎片多体展开

该研究提出了一种基于两体水平的自由基碎片多体展开(MBE2)方法,用于线性烷烃的量子化学计算。不同于片段分子轨道(FMO)方法中采用氢原子封端和静电嵌入的异裂键断裂方式,该团队在孤立条件下对 C-C 键进行均裂,生成开壳层自由基片段(CH₃ 和 CH₂),并通过限制性开壳层 Hartree-Fock(ROHF)方法处理。无论链长如何,MBE2 两体组装公式仅需四种独特的片段计算即可重构烷烃总能量,从而降低了最大量子比特需求。研究人员在从丁烷(C₄H₁₀)到二十六烷(C₂₆H₅₄)的 11 种线性烷烃上,针对五种能量求解器(RHF、CCSD、VQE、ADAPT-VQE 和 SQD)对该框架进行了基准测试。对于 C₂₆H₅₄,MBE2 分解实现了 12.3 倍的量子比特减少(从 368 个降至 30 个),并通过对称性利用将独特计算量减少了 12.8 倍。在 IBM 量子硬件上执行的 MBE2-VQE 和 MBE2-SQD 与它们各自的经典 MBE2 参考值紧密吻合,表明基于碎片化的量子化学方法对于将量子求解器扩展到大型分子系统是可行的。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-06-30 04:24

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