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用早期的容错量子计算机计算基态属性

张瑞哲1, 王国明2和彼得·约翰逊2

1德克萨斯大学奥斯汀分校计算机科学系,奥斯汀,德克萨斯州 78712,美国。
2Zapata Computing Inc.,波士顿,MA 02110,美国。

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抽象

应用量子计算的重大努力一直致力于分子和材料的基态能量估计问题。 然而,对于许多具有实际价值的应用,必须估计基态的附加特性。 这些包括用于计算材料中电子传输的格林函数和用于计算分子电偶极子的单粒子降低密度矩阵。 在本文中,我们提出了一种量子经典混合算法,以使用低深度量子电路以高精度有效地估计此类基态特性。 我们提供了对各种成本(电路重复、最大演化时间和预期总运行时间)作为目标精度、光谱间隙和初始基态重叠的函数的分析。 该算法提出了一种使用早期容错量子计算机进行与行业相关的分子和材料计算的具体方法。

以前,没有已知的方法可以使用近期的量子计算机来可靠地计算量子材料或分子的许多有用特性。 现有的方法要么不可靠,要么不能用于近期的量子计算机。 本文提出了一种可靠的、近期的方法,用于计算除了哈密顿量的基态能量之外的有用属性。 这项工作的主要应用包括材料和分子的设计以及求解线性方程组。

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