通过Trotter化与量子相位估计实现对称性守恒

针对量子化学及其他多体费米子体系的量子算法,其工作原理是将哈密顿量表达为量子比特基,并将其分解为泡利算符乘积之和,这些泡利算符的指数形式易于在量子设备上实现。应用指数乘积的方法被称为特罗特分解,会产生与算符非对易性相关的误差。该误差可能导致哈密顿量的对称性被破坏,因为分解后的片段通常不保持对称性。尽管如此,许多时间演化的算法仍依赖特罗特分解,包括时间演化和量子相位估计。研究表明,该团队能够将哈密顿量表示为厄米激发算符的形式,这些算符在任何编码下都映射为可对易的泡利字符串之和,并保持与阿贝尔对称算符群对应的对称性。另一方面,对于非阿贝尔群对应的对称性,特罗特化的厄米激发算符无法完全保持,因此该团队开发了“算符裁剪法”,通过正交投影切割非对易算符之和,并利用酉旋转将项合并。该团队针对小分子和基组测试了算符池,发现保持电子数和自旋对称性的算符池导致误差较大,但对于较大分子误差会减小,并通过二阶特罗特分解被消除。该团队的工作展示了通过采用电子结构理论中保持对称性的工具,在经典计算机上测试量子计算算法的潜力。
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提交arXiv: 2026-07-02 00:35

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