Designing variational ansatz for quantum-enabled simulation of non-unitary dynamical evolution -- an excursion into Dicke supperradiance
本研究采用无限制向量化的自适应变分量子动力学算法，构建可表达拟设幺正算符与算符池，提出高效分解方案，成功模拟多种非幺正演化系统，结果与精确计算吻合，为研究化学物理复杂系统提供新途径。
2024-03-12 quant-ph
A Generic Compilation Strategy for the Unitary Coupled Cluster Ansatz
我们描述了一个编译策略的变分量子本征求解器（VQE）算法，使用酉耦合簇（UCC）的animator，旨在减少电路深度和门数。这是通过将泡利指数项划分为相互交换的集合来实现的。这些集，然后对角化使用Clifford电路和合成使用相位多项式形式主义。这种策略平均将cx深度降低了75.4%，与各种分子、量子位编码和基组的天然合成相比，降低了高达89.9%。
2020-08-27 cs.ET quant-ph
Unitary Selective Coupled-Cluster Method
使用变分量子本征求解器方法模拟分子是NISQ时代量子计算机的有前途的应用之一。设计一个有效的模拟器来表示电子波函数在这样的模拟中是至关重要的。标准酉单双耦合团簇（UCCSD）中存在大量不显著的项，这些项并不会降低系统的能量。在这项工作中，我们提出了一个单一的选择性耦合集群方法，一种方法来构建一个单一的耦合集群ananimals迭代使用的选择程序与激发高达四阶。这种方法使用电子哈密顿矩阵元素和振幅的激励已经存在于Anonymous找到重要的高阶激励，并将它们添加到Anonymous。该方法的重要特点是，它系统地减少了一组测试分子的能量误差与增加的测量尺寸。所提出的方法的主要优点是，增加测量的努力不需要在量子计算机上进行任何额外的测量。
2022-05-06 physics.chem-ph quant-ph
Mitigating Noise-Induced Barren Plateaus Using a Non-Unitary Ansatz: Application to Molecular Electronic Transport
The University of Texas at Dallas（达拉斯大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文提出在变分拟设中引入非酉元素以缓解噪声诱导的贫瘠高原问题，并通过无限范围耗散伊辛模型和基于第一性原理的分子电子输运模拟验证了其有效性。
2026-05-28 quant-ph
Variational Quantum Eigensolver for Approximate Diagonalization of Downfolded Hamiltonians using Generalized Unitary Coupled Cluster Ansatz
在本文中，我们讨论了利用变分量子求解器（VQE）和最近推出的广义酉耦合簇（GUCC）形式主义的对角化的向下折叠/有效的哈密顿在活动空间。除了由虚轨道子集的向下折叠定义的有效哈密顿量外，我们还考虑了由冻结核轨道定义的有效哈密顿量，这使我们能够处理更大的系统。我们还考虑了各种求解器，以确定解决方案的GUCC方程。我们使用N $_2$、H $_2$ O和C $_2$ H $_4$以及基准系统来说明组合框架的性能。
2020-11-03 physics.chem-ph quant-ph
Averaging gate approximation error and performance of Unitary Coupled Cluster ansatz in Pre-FTQC Era
本文提出将Clifford+T分解误差建模为去极化噪声，以更准确地估计Pre-FTQC时代量子电路的分解误差，并通过UCC拟设的数值模拟验证了模型的有效性。
2025-07-11 quant-ph
Efficient application of the factorized form of the unitary coupled-cluster ansatz for the variational quantum eigensolver algorithm by using linear combination of unitaries
针对变分量子本征求解器中分解 UCC 算符实现复杂度高的问题，本文利用隐藏 SU(2) 对称性和酉线性组合，将秩 n 算符的整体复杂度降至 n³。
2023-02-17 quant-ph
A Quantum Computing View on Unitary Coupled Cluster Theory
本文综述了在量子计算机上变分求解电子结构问题的幺正耦合团簇（UCC）方法及其相关方法。提供了耦合簇（CC）方法的简史，然后对CC理论的制定进行了广泛的讨论。这包括在经典背景下触及该方法和几种变体的优点和困难，其中包括UCC，以激发它们在量子计算机上的应用。在本文的核心部分，详细讨论了UCC算法及其在量子计算机上的实现，此外还讨论了量子计算的几个衍生和相关算法。审查结论与讨论ansätze的统一观点，试图把他们在一个共同的框架，以及在该领域内的开放问题的反思。
2022-03-03 physics.chem-ph quant-ph
On evidence for negative energies and masses in the Dirac equation through a unitary time-reversal operator
我们回顾了相对论性量子力学的标准，如负质量概念下的狄拉克方程。我们证明，负能量是可以接受的，只要质量同时是负的。正能量、正质量的费米子通过幺正PT变换得到负能量、负质量的反费米子。
2018-11-07 quant-ph
Variational Monte Carlo with the Multi-Scale Entanglement Renormalization Ansatz
蒙特卡罗抽样技术已经被提出作为一种策略，以减少张量网络方法中的收缩计算成本来求解多体系统。本文提出了一种基于变分蒙特卡罗方法的多尺度纠缠重正化模型（MERA），MERA是一个酉张量网络。与以前的非酉张量网络方案相比，需要进行两次重大调整。首先，我们不是对由L个位点组成的原始晶格的配置进行采样，而是对由log（L）个位点组成的有效晶格的配置进行采样。其次，酉张量的优化必须考虑到它们的酉特性，同时对统计噪声具有鲁棒性，我们在酉张量集合内使用修改的最速下降法来实现。我们证明了变分蒙特卡罗MERA方法在相对简单的情况下，在临界状态下的有限量子自旋链的性能，并讨论未来，更具有挑战性的应用，包括二维系统。
2012-04-10 cond-mat.str-el quant-ph
Vibrational Sample-Based Quantum Diagonalization with Unitary-Cluster-Jastrow Ansätze on IBM QPUs
IBM Quantum, IBM Japan（日本IBM 量子计算部门）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS)（理化学研究所 跨学科理论与数学科学中心（iTHEMS））；RIKEN（理化学研究所）；RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（理化学研究所 前沿研究机构（PRI））；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所 新兴物质科学中心（CEMS））；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（理化学研究所 计算科学中心（R-CCS））；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所 量子计算中心（RQC））
本文扩展基于样本的量子对角化至非谐振动光谱，在IBM QPU上测试多种振动拟设，提出鲁棒的VLUCJ电路，并成功计算小分子的基态能量和基频。
2026-10-08 quant-ph
Efficient and Robust Parameter Optimization of the Unitary Coupled-Cluster Ansatz
针对变分量子本征求解器参数优化测量需求大的瓶颈，提出适配酉耦合簇拟设的SOAP优化器，通过序列优化与二次近似减少能量评估，结合历史迭代方向捕捉参数关联，在分子体系模拟与超导量子硬件实验中验证了其收敛快、抗噪性强、可扩展性好的优势。
2024-06-25 physics.chem-ph quant-ph
Quantifying Teleportation Overhead in Distributed Unitary Coupled-Cluster Ansätze
University of Toronto（多伦多大学）
本研究量化了分布式量子计算中酉耦合簇拟设（UCCSD、UpCCD、UpCCGSD）的隐形传态开销，发现自旋分块Jordan-Wigner排序的UpCCD扩展性最优，而UCCSD资源需求显著更大。
2026-10-01 cs.DC physics.chem-ph quant-ph
Experimental quantum computational chemistry with optimised unitary coupled cluster ansatz
本文通过优化酉耦合簇拟设并结合硬件增强与误差缓解技术，将VQE实验扩展到12量子比特，实现误差抑制约两个数量级，在H₂和LiH分子上达到化学精度，展示了可扩展电子结构计算的可行路径。
2024-06-17 quant-ph
Optimal quantum annealing: A variational shortcut to adiabaticity approach
抑制瞬时基态的不需要的跃迁是幺正绝热量子计算中的一个主要挑战。最近的一种方法是建立近似使用变分策略的反绝热势。在这方面的贡献，我们将这种变分的方法Lindbladian动力学，作为一个目标的抑制非绝热量子退火对约旦块之间的过渡。我们发现，令人惊讶的是，单一的反绝热ansätze是成功的耗散动力学，以及，允许更容易的实验实施相比，Lindbladian ansätze涉及耗散。我们的方法不仅保证了开放系统绝热性的改善，而且提高了量子退火的成功概率。
2022-02-10 quant-ph
Qubit coupled cluster singles and doubles variational quantum eigensolver ansatz for electronic structure calculations
用于电子结构计算的变分量子本征求解器（VQE）被认为是近期量子计算的一个主要潜在应用。在众多的VQE算法中，酉耦合簇单双激励（UCCSD）VQE算法具有较高的精度，受到了广泛的研究兴趣。然而，基于费米激发的UCCSD VQE在使用Jordan Wigner变换时需要额外的宇称项。在这里，我们介绍了一种新的VQE的基于粒子保持交换门实现量子比特的激发。所提出的VQE算子具有上界到$O(n^4)$的门复杂度，其中$n$是哈密顿算子的量子位数。对简单分子系统BeH $_2$，H $_2$ O，N $_2$，H $_4$和H $_6$的数值计算结果在误差约为$10^{-3}$ Hartree的范围内给出了非常精确的结果.
2020-10-10 quant-ph
Trapped ion quantum hardware demonstration of energy calculations using a multireference unitary coupled cluster ansatz: application to the BeH2 insertion problem
本研究利用多参考幺正耦合簇拟设的变分量子本征求解器，在离子阱量子硬件上计算BeH2强关联几何的基态能量，通过资源缩减大幅降低双量子比特门数并减少测量，能量损失仅2.69%。
2025-06-23 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Constructing Compact ADAPT Unitary Coupled-Cluster Ansatz with Parameter-Based Criterion
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所）；MindSpore Quantum Special Interest Group（MindSpore量子特别兴趣组）；College of Physical Science and Technology, Xinjiang University（新疆大学物理科学与技术学院）；Arclight Quantum Computing Inc.（阿克莱特量子计算有限公司）
本文提出Param-ADAPT-VQE算法，通过参数标准选择激发算子，减少冗余和测量成本，提升计算精度和可扩展性。
2026-02-04 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Wasserstein Compilation: Unitary Compilation using the Quantum Earth Mover's Distance
提出基于1阶量子瓦瑟斯坦距离的变分量子电路编译目标函数QWC，证明其上界两电路平均非保真度，实验表明其对足够深电路的 barren plateaus 影响小于LET和HST。
2025-04-17 quant-ph
Beyond MP2 initialization for unitary coupled cluster quantum circuits
该研究通过高效稀疏波函数电路求解器研究多达64量子比特的系统，推进UCC模拟技术水平，展示其能力并解决初始参数化等问题，为评估VQE实现量子优势的实用性提供关键基准。
2024-11-21 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Towards determining the presence of barren plateaus in some chemically inspired variational quantum algorithms
本文从理论上证明了化学启发的 UCC 量子算法在无限深度极限下因双体项导致指数级能量集中（贫瘠高原），数值模拟表明 1 步 Trotter 化 UCCSD 拟设难以扩展，质疑了 VQE 超越经典方法的能力。
2024-09-26 quant-ph
Point-group filtering in unitary coupled-cluster ansätze: exact criticality under the Abelian filter, freeness measured near equilibrium under the full group
Departamento de Matemática, Universidade Federal Rural de Pernambuco（伯南布哥联邦农村大学数学系）；Department of Computer Science and Engineering, Green University of Bangladesh（孟加拉国绿色大学计算机科学与工程系）
本文研究了非阿贝尔分子点群中对称适应变分量子本征值求解器（VQE）的局限性，指出阿贝尔子群限制导致多维不可约表示的虚假分裂，并通过李代数层面的分析证明了动态李代数被限制在阿贝尔子代数中，从而导致状态流形受限于测度为零的托罗斯，同时指出数值障碍需要补充完整非对角线生成元和独立参数化交叉分量激发。
2026-09-02 math.RT quant-ph
Analyzing Initialization Strategies for the Local Unitary Cluster Jastrow Ansatz within the Quantum-Centric Supercomputing Framework
University of Toronto（多伦多大学）
研究在量子中心超级计算框架下，分析六种局域酉簇Jastrow拟设初始化策略对基于样本的量子对角化算法能量精度的影响，发现初始化与CCSD的接近程度不是能量质量的可靠预测指标，而SQD中的构型恢复是主导因素。
2026-06-16 physics.chem-ph quant-ph
Hardness of classically sampling quantum chemistry circuits
本研究针对化学物理相关任务，证明在多项式层次结构不崩溃假设下，实现酉簇贾斯特罗（UCJ）变分形式的量子电路采样在经典上困难，其可执行经典难模拟的IQP计算，为相关量子算法的量子优势提供依据。
2025-04-17 quant-ph
Constant-Depth Quantum Imaginary Time Evolution Using Dynamic Fan-out Circuits
Jeppesen ForeFlight（杰普森福飞）；Department of Microtechnology and Nanoscience (MC2), Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学微技术和纳米科学系（MC2））；Department of Chemistry and Chemical Engineering, Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学化学与化学工程系）；Center for Advanced Systems Understanding, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心高级系统理解中心）；Center for Scalable Data Analytics and Artificial Intelligence Dresden/Leipzig, TU Dresden（德累斯顿/莱比锡可扩展数据分析与人工智能中心，德累斯顿工业大学）
本文提出了一种基于动态扇出电路的常深度量子虚时间演化方法，通过减少参数和纠缠生成，提高了基态制备的成功概率，并在硬件上实现了不同变种的对比实验。
2026-03-05 quant-ph
Challenges in the use of quantum computing hardware-efficient Ansatze in electronic structure theory
本文分析了硬件高效拟设在电子结构变分量子模拟中破坏对称性、产生不可微势能曲线及优化困难等问题，并与幺正耦合簇等方法比较，指出其局限与改进方向。
2023-08-03 quant-ph
Operator relationship between conventional coupled cluster and unitary coupled cluster
化学界长期以来一直在寻找单一参考系的常规和幺正耦合簇之间的确切关系，特别是考虑到在量子计算机上进行量子化学的兴趣。在这项工作中，我们展示了如何使用指数解纠缠恒等式和Hadamard引理给出的算子操作，将酉耦合簇近似的因式分解形式与传统耦合簇近似的因式分解形式联系起来（因式分解形式是必需的，因为某些振幅是算子值，并且不与其他项交换）。通过使用特罗特乘积公式，人们可以将分解形式与酉耦合簇的标准形式联系起来。耦合簇近似的因式分解形式的算子依赖性也可以被去除，代价是需要更多的高阶算子，最终得到传统的耦合簇。这种方法的代数操作是令人生畏的手工执行，但可以在计算机上自动化足够小的系统。
2022-01-28 physics.chem-ph quant-ph
Perfect Sampling with Unitary Tensor Networks
张量网络态是量子晶格模型多体基态的一种强有力的变分方法。在张量网络方法中使用蒙特卡罗采样技术显著降低了张量收缩的成本，可能导致计算效率的大幅提高。以前的建议是基于马尔可夫链蒙特卡罗方案产生的本地更新配置，因此，必须处理平衡和自相关时间，从而导致效率降低。在这里，我们提出了一个完美的采样方案，消失的平衡和自相关时间，酉张量网络-即张量网络的基础上有效地收缩，酉量子线路，如酉版本的矩阵产品状态（MPS）和树张量网络（TTN），和多尺度纠缠重整化矩阵（MERA）。直接根据波函数中的概率对样本进行采样，而不采用马尔可夫链过程。我们还描述了一个部分抽样方案，可以导致一个戏剧性的（基地依赖）减少抽样误差。
2012-04-10 cond-mat.str-el quant-ph
Universal compilation for quantum state preparation and tomography
通用编译是一种将可训练幺正编译为目标幺正的训练过程，它具有广泛的潜在应用，从量子动力学模拟到深度压缩优化电路、器件基准测试、量子错误缓解等。本文提出了一种基于通用编译的变分算法，用于低深度量子线路中量子态的制备和层析成像。我们将Fubini-Study距离应用于各种基于梯度的优化器（包括量子自然梯度方法）下的可训练成本函数。我们评估各种单一的拓扑结构的性能和不同的优化获得高效率的可训练性。在实践中，我们讨论了量子态制备中的不同电路方案，包括制备不同纠缠目标态（如代表性的GHZ态和W态）的线性方案和基于图形的方案。我们还讨论了电路深度，贫瘠高原，读出噪声在模型中的影响，和错误缓解解决方案。接下来，我们评估重建效率的量子态层析成像通过各种流行的电路ansatzes，并揭示电路的深度在鲁棒保真度的关键作用。结果与阴影层析成像方法，在该领域的一个类似的方式。我们的工作表达了足够的能力，通用编译为基础的变分算法，以最大限度地提高效率的量子态的准备和层析成像。此外，它有望在量子精密测量和传感中应用，并可应用于近期的量子计算机，用于验证电路保真度和各种量子计算任务。
2022-04-25 quant-ph
Excitation Gaps of Ground and Excited State Energy of the Fermi-Hubbard Model Using Variational Quantum Eigensolver
本文提出融合 HVA 与 NPA 的新型 ansatz 电路，并用 COBYLA 与 L-BFGS 混合优化，计算 4×1 和 2×2 Hubbard 晶格的基态及前两个激发态能量与激发隙。
2025-08-30 quant-ph
Prepare Ansatz for VQE with Diffusion Model
针对VQE拟设设计问题，提出用扩散模型以UCC拟设为训练数据生成兼具UCC结构优势与更高表达能力的拟设线路，经小分子VQE任务验证有效。
2023-10-04 quant-ph
Dual Exponential Coupled Cluster Theory: Unitary Adaptation, Implementation in the Variational Quantum Eigensolver Framework and Pilot Applications
在本文中，我们已经开发了一个单一的双指数耦合集群理论的变体，这是能够模仿的效果，连接激发任意高的秩，只使用秩一和秩二参数化的波函数ananterior。虽然在经典计算机中实现它需要构造一个有效的哈密顿量，其中涉及具有任意高的多体秩的无限数量的项，但同样可以在具有合理浅的量子线路的混合量子-经典变分量子本征求解器框架中容易地实现。该方法依赖于一个单一的非平凡的行动，包含一组秩二散射运营商，通过集群运营商产生的纠缠态。我们还通过明智地近似散射算子，引入了一些具有不同表达程度的变式。与一些强相关分子的应用程序，我们已经表明，我们所有的计划可以执行均匀以及整个分子势能面没有显着的额外的实施成本和量子复杂性的单一耦合集群的方法与单，双激发。
2022-07-12 physics.chem-ph quant-ph
Molecular excited state calculations with the QEB-ADAPT-VQE
分子光谱性质的计算，如光解离速率和吸收带，依赖于所关注分子的激发态能量的知识。基于变分量子本征求解器（VQE）的协议是在新兴的噪声中间尺度量子（NISQ）计算机上计算这些能量的有希望的候选者。这些协议在NISQ计算机上的成功实现，依赖于ansätze，它可以精确地近似分子状态，并且可以通过浅量子线路来实现。本文介绍了基于激发态量子比特激发的自适应（e-QEB-ADAPT）-VQE方案，用于计算分子的激发态能量。e-QEB-ADAPT-VQE通过迭代地附加量子比特激发算子的演化来构造有效的问题定制ansätze。e-QEB-ADAPT-VQE是QEB-ADAPT-VQE协议的改编版本，其设计独立于初始参考状态的选择。我们对LiH和BeH $_2$进行经典的数值模拟，以基准测试e-QEB-ADAPT-VQE的性能。我们证明，e-QEB-ADAPT-VQE可以构建高度准确的ansätze，所需的$CNOT$比标准的固定UCC ansätze，如UCCSD和GUCCSD少至少一个数量级。
2021-10-18 quant-ph
Evaluating Ground State Energies of Chemical Systems with Low-Depth Quantum Circuits and High Accuracy
提出一种仅优化 $n$ 个参数的增强型 QCC-VQE 低深度拟设，并在分子体系与两类量子硬件上评估其基态能量计算精度。
2024-02-21 quant-ph
Variational ansatz-based quantum simulation of imaginary time evolution
虚时间演化是研究量子系统的有力工具。虽然可以使用经典计算机进行模拟，但时间和内存需求通常随系统大小呈指数级增长。相反，量子计算机可以有效地模拟量子系统，但不能模拟非幺正虚时间演化。提出了一种在混合量子计算机上模拟虚时间演化的变分算法。我们用这个算法来寻找多粒子系统的基态能量，特别是分子氢和氢化锂，找到基态的概率很高。我们的方法也可以应用于一般的优化问题和量子机器学习。由于我们的算法是混合的，适合于错误缓解，并可以利用浅量子线路，它可以实现与当前的量子计算机。
2019-09-16 quant-ph
Determination of ground state properties in quantum spin systems by single qubit unitary operations and entanglement excitation energies
介绍了一种基于量子多体系统的基态性质的分析方法，该方法基于量子多体系统的幺正操作对量子多体系统的可分性和纠缠性的刻画。我们应用这种方法研究了几个相互作用的自旋1/2模型的基态结构，这些模型由具有不同对称度的哈密顿量描述。我们表明，基于单量子比特幺正操作的方法允许引入{ \it ``纠缠激发能''}，一组可以表征基态性质的可观测量，包括单点纠缠的量化和量子临界点的确定。该形式允许识别因子分解点的存在和位置，以及在因子分解的方法处发生的纯量子{ \it "纠缠的转变“}。这种量子跃迁的特征在于与单量子比特幺正操作相关的激发能的发散比。
2007-12-21 cond-mat.other quant-ph
Impact of high-rank excitations on accuracy of the unitary coupled cluster downfolding formalism
本文评估了双酉耦合簇拟设降维过程厄米形式在H6和H8基准上的精度，发现高秩SR-CC外部振幅对充分描述强相关体系能量是必要的，且该方法能弥补SR-CC失去变分特性的问题。
2023-05-17 quant-ph
Quantum Implementation of Unitary Coupled Cluster for Simulating Molecular Electronic Structure
在经典计算化学中，耦合团簇分析是最常用的$ab~initio$方法之一，但由于其非幺正性，严重限制了它的应用。酉修正作为一个理想的解决方案的问题，然而，在经典的常规计算是非常低效的。在这里，我们提供了第一个实验证据，确实是在物理量子系统，一个被困的离子系统的耦合集群animation的幺正版本可以可靠地执行。本文对分子离子HeH $^+$的电子结构进行了模拟，探测了基态能面曲线，研究了激发态的能量，并对键离解进行了非微扰模拟。我们的模拟利用量子计算的优点，克服了经典计算的固有局限性，实验结果表明，该方法在制备分子基态量子模拟中具有良好的应用前景.
2016-11-25 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Efficient classical simulation of large-scale unitary cluster Jastrow circuits
Michigan State University（密歇根州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）；IISER Kolkata（加尔各答印度科学教育研究所）；Hewlett Packard Labs（惠普实验室）
研究针对酉群簇Jastrow电路能量计算难题，提出多项式时间经典算法，不受量子硬件局部性限制，能快速重现相关实验并通过电路优化获得更低基态能量。
2026-07-24 cs.CC quant-ph
Lower bound of the expressibility of ansatzes for Variational Quantum Algorithms
本文证明变分量子拟设的表达能力在假设空间中存在下界，给出覆盖数下界的解析表达式，并通过VQE计算H₂键长验证其对拟设选择的关键作用。
2025-01-08 quant-ph
A Jastrow-type decomposition in quantum chemistry for low-depth quantum circuits
我们提出了一个有效的${\cal O}(N^2)$参数分析，它由一系列的指数算子，其中每个是一个酉变种Neuscamman的集群Jastrow运营商。该矩阵也可以被导出为具有广义单和双的酉耦合簇的T $_2$振幅的分解，其给出了接近全CI能量，并通过扩展指数算子序列来再现它。由于簇Jastrow算符是由数算符的乘积表示的，并且导出的Pauli算符乘积，即Jordan Wigner弦，都是可交换的，因此不需要用Trotter近似来实现量子线路，是近期量子计算机实现变分量子本征求解器算法的一个很好的候选者.分析的准确性进行了检查的氮二聚体的解离，并与其他现有的${\cal O}(N^2)$参数ansatz。量子线路模拟器不仅检验了以二次量子化形式定义的原始ansatz，而且检验了它们的Trotterized变体，在Trotterized变体中，簇振幅被优化以最小化用几个通常是单个Trotter步骤获得的能量。
2019-09-26 physics.chem-ph quant-ph
Classification and implementation of unitary-equivariant and permutation-invariant quantum channels
本文分类了酉等变且置换不变的量子信道，通过极值点分解为酉Schur采样与不可约表示层信道，并给出流式实现，应用于态对称化、对称克隆和纯度放大，实现多项式时间及指数级内存改进。
2025-10-09 quant-ph
Beyond real: Alternative unitary cluster Jastrow models for molecular electronic structure calculations on near-term quantum computers
针对NISQ硬件上UCCSD门数过高的问题，提出Im-uCJ和g-uCJ两种新的k折uCJ波函数拟设，具二次门数缩放、可精确实现，k=1时在多个分子测试中达化学精度且优于Re-uCJ。
2025-05-16 physics.chem-ph quant-ph
Generalized Unitary Coupled Cluster Wavefunctions for Quantum Computation
我们引入了一个酉耦合团簇（UCC）模型，称为$k$ -UpCCGSD，它是基于一个稀疏广义双（D）算子族，提供了一个可负担的和系统可改进的酉耦合团簇波函数，适合在近期量子计算机上实现. $k$ -UpCCGSD采用对耦合簇双激发算子（pCCD）的指数的$k$乘积以及广义单（S）激发算子。我们比较它的性能，在执行效率和准确性的广义UCC anananesthesia采用全广义SD激励运营商（UCCGSD），以及与标准anesthesia只采用SD激励（UCCSD）。发现$k$ -UpCCGSD显示出量子计算应用的最佳缩放，需要$\mathcal O(kN)$的电路深度，与UCCGSD的$\mathcal O(N^3)$和UCCSD的$\mathcal O((N-η)^2 η)$相比，其中$N$是自旋轨道数，$η$是电子数。我们通过对H $_4$（STO-3G，6- 31 G）、H $_2$ O（STO-3G）和N $_2$（STO-3G）的基态和第一激发态进行经典基准计算，分析了这三种方法的准确性，并与传统的耦合簇方法进行了额外的比较。基态的结果表明，$k$ -UpCCGSD在精度和成本之间提供了良好的权衡，实现了化学精度，而在量子计算机上的实现成本低于UCCGSD和UCCSD。激发态的计算采用正交约束变分量子本征求解器方法。这被认为通常产生比相应的基态更不准确的能量。我们表明，使用…
2019-01-04 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Efficient Quantum Information-Inspired Ansatz for Variational Quantum Eigensolver Algorithm: Applications to Atomic Systems
本文提出一种基于冯·诺依曼熵和量子互信息的量子信息启发拟设，通过确定性放置双量子比特纠缠门，在原子系统 VQE 基态能量计算中以远少于 UCC 的门数和电路深度实现 99.99% 精度。
2025-08-14 physics.atom-ph quant-ph
Quantum circuit synthesis for fermionic excitations in coupled cluster theory
National Taiwan University（国立台湾大学）；Chang Gung University（长庚大学）；Chang Gung Memorial Hospital（长庚纪念医院）
本文通过量子计算优先方法推导了单粒子耦合簇算子，揭示其结构源自费米子代数在单位元约束下的自然涌现，澄清了量子化学与量子计算实现间的概念差距。
2026-10-27 quant-ph
Many-Body Excited States with a Contracted Quantum Eigensolver
本文提出基于收缩量子特征求解器的激发态方法 ES-CQE，利用薛定谔方程收缩的反厄米部分构造二体幺正拟设，在矩形 H4 模型中实现多数态近精确精度，并揭示二体幺正拟设的困难实例。
2023-05-16 quant-ph
Mapping renormalized coupled cluster methods to quantum computers through a compact unitary representation of non-unitary operators
非幺正理论在量子系统的经典模拟中很常见。在这些理论中，耦合团簇方程的矩量法（MMCCs）和随后的重整化耦合团簇（CC）方法已经发展成为描述各种量子系统中关联效应的最准确的方法之一。MMCC形式主义提供了一种有效的方法来校正能量的近似CC配方（母理论）使用的时刻，或CC方程，这是不用于确定近似集群振幅。本文提出了一种计算MMCC基态能量的量子算法，与经典计算或其他量子算法相比，该算法具有两个主要优点：（1）可以在整个Hilbert空间中形成任意秩的CC矩的叠加，并可以使用任意形式的父簇算符进行MMCC展开;以及（ii）通过用于一般非幺正算子的紧凑幺正表示显著减少了量子模拟中的测量次数。我们在广泛的测试案例中说明了我们的方法的鲁棒性，包括~40个分子系统，具有不同的基组，使用4~40个量子比特编码，并展示了详细的MMCC分析的8量子比特半填充，四位，单杂质安德森模型和12量子比特氟化氢分子系统从相应的无噪声和噪声MMCC量子计算。我们还概述了MMCC形式主义的情况下，酉CC波函数anonymous的扩展。
2022-11-03 quant-ph
Low-depth circuit ansatz for preparing correlated fermionic states on a quantum computer
量子模拟必将成为近期量子计算机的主要应用之一。量子化学和凝聚态物理有望从这些技术发展中受益。已知几种量子模拟方法在量子计算机上制备状态并测量所需的可观测量。最节省资源的方法是变分量子本征求解器（VQE），它传统上采用幺正耦合团簇作为近似多体费米子哈密顿量的基态的近似。该方法的一个重要警告是，该过程的初始状态是一个单一的参考产品状态，没有从经典的Hartree-Fock计算提取的纠缠。在这项工作中，我们提出了一个更一般的费米高斯态，从核物理领域借用的想法，通过初始化算法的方法来改进。我们展示了如何用量子匹配门的线性深度电路来制备这种高斯参考态。通过增加最近邻相位耦合门的数目，我们得到了一个低深度的电路模拟器，它可以精确地制备相关费米子系统的基态。这将VQE的适用范围扩展到具有强配对关联的系统，如超导体，原子核和拓扑材料。
2018-01-03 quant-ph
Measurement reduction in variational quantum algorithms
变分量子算法是有噪声的中间尺度量子计算机（NISQ）的有前途的应用。这些算法由许多单独的测量和测量实验组成，这些实验估计哈密顿量中的项。对于可能很快可用的NISQ硬件规模的问题，术语的数量可能会变得非常大。我们从上下文的角度来处理这个问题，并使用酉分割（由Izmaylov等人独立开发[J. Chem. Theory Comput. 16，190（2020）]）来定义变分量子本征求解器过程，其中附加的么正运算被附加到计算准备以减少项的数量。这种方法可以扩展到使用所有一致的资源后，准备工作。我们还研究了使用非对称量子化来实现具有较低电路深度的附加相干操作。我们调查这种技术的晶格哈密顿，随机泡利哈密顿和电子结构哈密顿。使用这种技术，我们找到了一个常数因子加速的格子和随机泡利哈密顿。对于电子结构哈密顿，我们证明了线性项减少相对于轨道的数量，这是以前在数值研究中观察到的，总是可以实现的。对于用10- 30量子比特表示的系统，我们发现项的数目减少了大约一个数量级。然而，应用到平面波对偶基础表示的费米子哈密顿，酉分割只提供了一个常数因子减少。最后，我们表明，noncontextual哈密顿可以减少到有效的交换哈密顿使用酉分割。
2020-06-23 quant-ph
Predicting Energies of Small Clusters from the Inhomogeneous Unitary Fermi Gas
我们研究了非均匀幺正费米气体，并利用其长波性质预测了囚禁在谐振势中的幺正费米子小团簇的能量。大的配对间隙和标度不变性对密度泛函的形式有严格的限制。我们确定了相关的通用常数需要约束的功能从计算的大部分振荡的外部电位。与精确的量子Monte Carlo计算比较，我们发现，相同的功能正确地预测缺乏壳封闭的小集群的费米子被困在谐波井以及它们的绝对能量。一个快速收敛的体积限制在三维空间，其中的表面体积比是相当大的，证明。由此产生的功能可以通过实验测试，是一个关键的成分，在预测可能的极化超流相和光晶格中的单一费米气体的属性。
2014-06-13 cond-mat.quant-gas nucl-th physics.atm-clus
Numerical Simulations of Noisy Quantum Circuits for Computational Chemistry
近期量子计算机计算小分子基态性质的机会取决于计算模型的结构以及设备噪声引起的误差。在这里，我们调查的行为，这些嘈杂的量子线路使用数值模拟，以估计的准确性和保真度的准备量子态相对于地面真理获得常规手段。我们实现了几种不同类型的Ancipitation电路来自幺正耦合团簇理论的目的估计基态能量的氢化钠使用变分量子本征求解器算法。我们展示了能量和保真度尺度的相对误差与基于门的噪声水平、分子间配置、抗反射电路深度和参数优化方法的关系。
2022-05-05 quant-ph
Determination of Molecular Energies via Quantum Imaginary Time Evolution in a Superconducting Qubit System
本文在超导量子比特系统中实验实现了变分量子虚时演化算法，结合簇平均场方法，成功模拟了氢和氢化锂分子的基态能量，并在4次迭代内收敛，展示了该算法对复杂分子模拟的潜力。
2023-03-02 quant-ph
Accurate and gate-efficient quantum ansätze for electronic states without adaptive optimisation
提出一种保持对称性且门高效的量子ansatz，利用局部连通性、轨道优化和广义价键理论，在浅层电路下实现化学精度，双量子比特门较自适应技术减少84%。
2024-04-25 physics.chem-ph quant-ph
