Un algoritmo cuántico basado en circuitos completos para estados excitados en química cuántica

Un algoritmo cuántico basado en circuitos completos para estados excitados en química cuántica

Marca de tiempo: 4 de enero de 2024 9:05 a. M.

Jing Wei Wen1,2, Zhengan Wang3, Chitong Chen4,5, Junxiang Xiao1, Hang Li3, Ling Qian2, Zhiguo Huang2, Heng Fan3,4, Shijie Wei3y Guilu Long1,3,6,7

1Laboratorio Estatal Clave de Física Cuántica de Bajas Dimensiones y Departamento de Física, Universidad de Tsinghua, Beijing 100084, China
2China Mobile (Suzhou) Software Technology Company Limited, Suzhou 215163, China
3Academia de Ciencias de la Información Cuántica de Beijing, Beijing 100193, China
4Instituto de Física, Academia China de Ciencias, Beijing 100190, China
5Facultad de Ciencias Físicas, Universidad de la Academia de Ciencias de China, Beijing 100190, China
6Centro Científico Fronterizo de Información Cuántica, Beijing 100084, China
7Centro Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología de la Información de Beijing, Beijing 100084, China

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Resumen

La utilización de computadoras cuánticas para investigar la química cuántica es un campo de investigación importante hoy en día. Además de los problemas del estado fundamental que se han estudiado ampliamente, la determinación de los estados excitados juega un papel crucial en la predicción y modelado de reacciones químicas y otros procesos físicos. Aquí, proponemos un algoritmo cuántico basado en circuitos completos y no variacionales para obtener el espectro del estado excitado de un hamiltoniano de química cuántica. En comparación con los algoritmos variacionales híbridos cuánticos clásicos anteriores, nuestro método elimina el proceso de optimización clásico, reduce el costo de recursos causado por la interacción entre diferentes sistemas y logra una tasa de convergencia más rápida y una mayor robustez contra el ruido sin una meseta estéril. La actualización de parámetros para determinar el siguiente nivel de energía depende naturalmente de las salidas de medición de energía del nivel de energía anterior y se puede realizar modificando únicamente el proceso de preparación del estado del sistema auxiliar, introduciendo poca sobrecarga de recursos adicionales. Se presentan simulaciones numéricas del algoritmo con moléculas de hidrógeno, LiH, H2O y NH3. Además, ofrecemos una demostración experimental del algoritmo en una plataforma de computación cuántica superconductora y los resultados muestran un buen acuerdo con las expectativas teóricas. El algoritmo se puede aplicar ampliamente a varios problemas de determinación del espectro hamiltoniano en computadoras cuánticas tolerantes a fallas.

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Imagen de portada: Circuito cuántico para la realización del algoritmo FQESS.

Resumen popular

Proponemos un algoritmo completo de solución de estado excitado cuántico (FQESS) para determinar el espectro de la química hamiltoniana de manera eficiente y constante para futuros cálculos cuánticos tolerantes a fallas. En comparación con los algoritmos variacionales híbridos cuánticos clásicos, nuestro método elimina el proceso de optimización en las computadoras clásicas, y la actualización de parámetros para diferentes niveles de energía se puede realizar simplemente modificando el proceso de preparación del estado del sistema auxiliar basado en la medición de energía de la energía anterior. nivel, que es experimentalmente amigable. Además, la naturaleza no variacional puede garantizar que el algoritmo converja a los estados objetivo a lo largo de la dirección del descenso de gradiente más rápido, evitando el fenómeno de meseta estéril. Nuestro trabajo completa el último paso de la resolución de problemas de química cuántica basados ​​en diferentes marcos algorítmicos.

► datos BibTeX

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Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2024-01-04 14:13:50). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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