Differentiable quantum computational chemistry with PennyLane
这项工作描述了PennyLane中所有量子化学功能的理论基础，PennyLane是一个专门研究量子可微编程的量子计算软件库。我们提供了量子化学基本概念的概述，包括Hartree-Fock方法的基本原理。PennyLane的一个旗舰功能是可微Hartree-Fock求解器，允许用户计算分子哈密顿相对于核坐标和基组参数的精确梯度。PennyLane为量子化学提供专门的操作，包括作为Givens旋转的激发门和量子化学电路的模板。此外，内置的模拟器利用稀疏矩阵技术来表示分子哈密顿量，从而实现量子化学应用的快速模拟。结合PennyLane现有的构建、优化和执行电路的方法，这些方法允许用户实现量子化学的各种量子算法。我们讨论了如何PennyLane可以用来实现变分算法计算基态能量，激发态能量和能量导数，所有这些都可以区分相对于电路和哈密顿参数。我们提供了一个示例工作流程，描述了如何联合优化量子化学算法的电路参数、核坐标和基组参数。我们讨论了通过使用对称性来减少量子位数的功能，并解释了如何使用PennyLane来估计实现几种量子算法所需的量子资源。通过结合量子计算，计算化学和机器学习的见解，PennyLane是第一个可微量子计算化学库。
2023-01-05 quant-ph
Universal quantum circuits for quantum chemistry
用于量子计算的通用门集合已经被知道了几十年，但是还没有提出用于粒子守恒幺正的通用门集合，这是量子化学中感兴趣的操作。在这项工作中，我们表明，受控的单激发门的吉文斯旋转的形式是普遍的粒子守恒幺正。单激发门描述了由状态$|01\rangle, |10\rangle$跨越的双量子比特子空间上的任意$U(2)$旋转，同时保持其他状态不变-这种变换类似于双轨量子比特上的单量子比特旋转。证明是构造性的，因此我们的结果也提供了一个明确的方法来编译任意的粒子守恒幺正。此外，我们描述了一种方法，使用受控的单激发门，准备一个固定数量的粒子的任意状态。我们推导出吉文斯旋转以及分解成单量子比特和CNOT门的解析梯度公式。我们的研究结果为量子计算化学提供了一个统一的框架，其中每个算法都是由相同的通用成分构建的独特配方：Givens旋转。
2022-06-10 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
Linear-Scaling Quantum Circuits for Computational Chemistry
本文针对计算化学提出原紧凑量子电路的近似版本，在selected projective quantum eigensolver框架下进一步减少CNOT数量，同时保持能量精度并使对称性破缺可忽略。
2023-04-25 physics.chem-ph quant-ph
Q$^2$Chemistry: A quantum computation platform for quantum chemistry
量子计算机为量子化学提供了新的机遇。在这篇文章中，我们提出了一个通用的，可扩展的，高效的软件包，命名为Q $^2$化学，开发量子算法和量子启发经典算法在量子化学领域。在Q $^2$ Chemistry中，波函数和哈密顿量可以方便地映射到量子比特空间，然后根据软件包中已经实现的或用户新开发的特定量子算法生成量子线路。生成的电路可以被分派到物理量子计算机（如果可用的话），或者被分派到通过在经典超级计算机上模拟量子线路来实现的内部虚拟量子计算机。如我们的基准模拟所示，高达72量子位，Q $^2$化学在模拟中等规模量子线路方面具有出色的性能。给出了Q $^2$ Chemistry在分子和周期体系模拟中的应用，并进行了性能分析。
2022-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
A full circuit-based quantum algorithm for excited-states in quantum chemistry
提出一种非变分完整线路量子算法，通过消除经典优化过程实现更快收敛与更强抗噪性，数值模拟与超导平台实验均验证其在获取分子激发态能谱上的有效性。
2024-01-03 quant-ph
Quantum chemistry and charge transport in biomolecules with superconducting circuits
我们提出了一个有效的协议，数字量子模拟的量子化学问题和增强的数字-模拟量子模拟的生物分子与超导电路的传输现象。沿着这些思路，我们通过Trotter-Suzuki分解和Jordan-Wigner变换，对具有单量子比特和双量子比特门的分子结构的费米子模型进行了最佳数字化。此外，我们解决了涉及玻色子自由度与数字模拟方法的生物分子的系统-环境相互作用的建模。最后，我们考虑门截断的量子算法，以允许环境影响的研究。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
The Effect of Noise on the Performance of Variational Algorithms for Quantum Chemistry
变分量子算法适用于噪声量子系统。最重要的用例之一是使用变分量子本征求解器（VQE）对材料进行量子模拟。为了优化VQE性能，必须选择合适的参数化量子线路（analog）。我们研究了一类包含量子硬件知识的ansatze，即硬件有效ansatze。噪声对硬件有效模拟器性能的影响是不同的，我们的目标是研究噪声对模拟器性能的影响，在实际应用中，哪种模拟器能给出更准确的结果。首先，我们研究了噪声对不同的硬件有效ansatze的影响，通过基准测试和排名的性能，每个anatze家庭（i）在化学应用程序中使用VQE和（ii）通过最近建立的度量“可表达性”。结果表明，最佳电路的排名不保持恒定的存在噪声。第二，我们评估的表达性措施在这种情况下，通过使用VQE的化学应用程序的表达性和相同的电路的性能之间的相关性研究的适用性。我们的模拟揭示了一个弱的相关性，因此表明，可表达性是不是一个足够的措施来量化量子化学的参数化量子线路的有效性。第三，我们评估了不同的量子器件噪声模型的效果上的排序的anxynomial家庭是最好的。有趣的是，我们看到，要决定哪种量子计算机是最佳的，甚至需要考虑在同一系列量子硬件中使用的特定硬件。
2021-08-27 quant-ph
SQD-Enabled Circuit Compression for Resource-Efficient Quantum Chemistry
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Rutgers University（罗格斯大学）；Eigen AI
研究利用子空间量子对角化的鲁棒性特性，通过基于梯度的算子剪枝和克利福德舍入两种互补技术压缩电路，应用于VQE假设。对21个分子消融研究及6个分子硬件验证表明，能在保证精度下大幅压缩电路、提升模拟速度。
2026-08-18 quant-ph
Scalable parallel simulation of quantum circuits on CPU and GPU systems
本研究为Q$^2$Chemistry量子电路模拟器提出CPU/GPU并行化方案，通过批量缓冲、依赖感知门收缩和多门并行显著提速，并优于现有开源模拟器。
2025-09-08 quant-ph
Non-unitary Coupled Cluster Enabled by Mid-circuit Measurements on Quantum Computers
本文提出在量子电路中利用mid-circuit measurements实现非幺正耦合簇态制备，并在小型化学系统上验证其准确性，相较VQE-UCCSD平均减少28%的CNOT门和57%的T门。
2024-06-28 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
State preparation in quantum algorithms for fragment-based quantum chemistry
本文针对LAS-UCC算法比较QPE与DI两种片段态制备方法，分析QPE参数影响并给出资源权衡，表明片段化有助于后续量子化学计算。
2023-06-07 quant-ph
Truncated Variational Hamiltonian Ansatz: efficient quantum circuit design for quantum chemistry and material science
本文提出截断变分哈密顿量拟设（tVHA），利用绝热定理原理设计高效量子电路，减少参数和电路规模，在变分量子本征求解器中比UCC和HEA更易收敛，适用于量子化学弱/强关联体系及活性空间计算，并有望推广至材料科学。
2025-05-26 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Shallow Electronic State Preparation for Quantum Chemistry with Quantum Monte Carlo Pre-Selection
Yusuf Hamied Department of Chemistry, University of Cambridge（剑桥大学尤瑟夫·哈米德化学系）
提出一种量子蒙特卡洛预筛选程序，构建紧凑的Givens旋转拟设，在保持数对称性的同时生成比传统方法更浅的量子电路，并在Quantinuum H1上验证其在高噪声下优于复杂拟设。
2026-05-29 physics.chem-ph quant-ph
QASER: Breaking the Depth vs. Accuracy Trade-Off for Quantum Architecture Search
Aalto University（阿尔托大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
QASER通过工程化奖励函数实现量子架构搜索中深度与精度的权衡突破，提升编译精度并减少门数量与深度。
2025-11-20 quant-ph
Exploring ab initio machine synthesis of quantum circuits
本文研究在经典或混合量子-经典机器中从头自动合成量子电路的方法，涵盖新门结构引入、参数化电路优化、代价函数选择及低价值门移除，并在最多10量子比特的仿真环境中验证了酉过程编码与电路重编译任务。
2022-06-22 quant-ph
Quantum computational chemistry
量子计算最有希望的应用之一是解决经典的棘手化学问题。这可能有助于回答有关现象的未解决问题，如：高温超导，固态物理，过渡金属催化或某些生化反应。反过来，这种增加的理解可能有助于我们改进，甚至有一天设计出具有科学和工业重要性的新化合物。然而，建造一台足够大的量子计算机将是一项艰巨的科学挑战。因此，能够用更少的量子资源解决这些问题的发展应该被认为是非常重要的。在这种潜在效用的驱动下，量子计算化学正迅速成为一个需要量子计算和计算化学知识的跨学科领域。这篇评论提供了一个全面的介绍计算化学和量子计算，弥合目前的知识差距。我们回顾了这一领域的主要发展，特别关注近期的量子计算。提供了关键方法的插图，明确展示了如何将化学问题映射到量子计算机上并解决它们。最后，我们展望了这一新兴领域。
2020-01-27 quant-ph
Quantum State Preparation Of Multiconfigurational States For Quantum Chemistry
Quantinuum Ltd.（Quantinuum有限公司）
本文提出了一种利用Givens旋转制备多配置态的量子电路方法，并比较了其与利用化学状态向量稀疏性的替代技术，展示了在量子化学应用中的优势。
2026-03-10 quant-ph
Improving the accuracy of quantum computational chemistry using the transcorrelated method
精确处理波函数中的电子相关性是经典和量子计算化学的关键挑战。经典的方法已经开发出明确考虑这种相关性，将电子间的距离到波函数。互相关方法将这种明确的相关性从波函数转移到变换后的非厄米哈密顿量，其右手本征向量比原始哈密顿量更容易获得。在这项工作中，我们表明，互相关方法可以减少所需的资源，以获得准确的能量从量子计算机上的电子结构计算。我们克服了非厄米哈密顿量引入的限制，通过使用量子算法的虚时间演化。
2020-06-19 quant-ph
CutQAS: Topology-aware quantum circuit cutting via reinforcement learning
本文提出CutQAS框架，将量子电路切割与量子架构搜索结合，通过多步强化学习智能体优化电路拓扑与切割方案，以提高近期量子硬件上量子化学模拟的精度和资源效率。
2025-04-05 quant-ph
Simulation of Fermionic circuits using Majorana Propagation
Algorithmiq Ltd（Algorithmiq有限公司）
Majorana传播通过有效截断策略实现费米子电路的高效准确模拟，适用于量子化学和凝聚态物理研究。
2025-12-16 quant-ph
Towards Efficient Quantum Computing for Quantum Chemistry: Reducing Circuit Complexity with Transcorrelated and Adaptive Ansatz Techniques
本研究针对近期量子计算机受噪声限制的问题，提出将transcorrelated方法与自适应量子拟设结合的TC-AVQITE方法，可降低线路深度、提升抗噪性，在H₄等分子的基态能量计算中得到接近完全基组极限的准确结果。
2024-04-17 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Efficient Symmetry-Preserving State Preparation Circuits for the Variational Quantum Eigensolver Algorithm
变分量子本征求解器是利用噪声中尺度量子处理器进行化学模拟的最有前途的方法之一。该算法的效率关键取决于在量子处理器上准备多量子比特试验状态的能力，这些试验状态包括或至少接近模拟问题的实际能量本征态，同时避免与它们几乎没有重叠的状态。对称性在确定最佳试验状态中起着核心作用。在这里，我们提出了有效的状态准备电路，尊重粒子数，总自旋，自旋投影和时间反转对称性。这些电路包含的变分参数需要完全跨越适当的对称子空间所规定的化学问题，同时避免希尔伯特空间的所有不相关的部门的最小数量。我们展示了如何构建这些电路的任意数量的轨道，电子和自旋量子数，我们提供明确的分解和门计数在每种情况下的标准门集。我们在$H_2$和$LiH$分子的量子模拟中测试我们的电路，发现它们在精度和电路深度方面优于标准状态制备方法。
2020-01-15 quant-ph
Reinforcement learning of quantum circuit architectures for molecular potential energy curves
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Porsche Digital GmbH（保时捷数字有限公司）；Fraunhofer Heinrich Hertz Institute（弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所）；Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源中心）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Center for Advanced Analytics and Predictive Sciences, University of Augsburg（奥格斯堡大学先进分析与预测科学中心）；Department of Mathematics and Computer Science, Freie Universität Berlin（柏林自由大学数学与计算机科学系）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本研究通过强化学习方法开发了可生成分子势能曲线量子电路的架构，实现了对任意键距的适应性电路设计。
2025-11-20 quant-ph
Compilation of a simple chemistry application to quantum error correction primitives
本研究通过将量子相位估计电路编译为旋转表面码的晶格手术操作，详细估计了最小化学示例的容错资源需求，发现简单化学电路需1,000量子比特和2,300轮纠错，突显了改进早期容错纠错技术的必要性。
2024-03-26 quant-ph
TenCirChem: An Efficient Quantum Computational Chemistry Package for the NISQ Era
本研究推出面向NISQ时代的开源量子计算化学Python库TenCirChem，支持高性能变分量子算法模拟、含噪声线路、变分量子动力学及真实硬件实验，覆盖多类典型化学计算场景。
2023-06-15 physics.chem-ph quant-ph
Benchmarking of Different Optimizers in the Variational Quantum Algorithms for Applications in Quantum Chemistry
本文在理想与噪声量子环境下，针对量子化学中的变分量子算法对多种经典优化器进行基准测试，发现L_BFGS_B等在理想电路中表现最佳，而SPSA等在噪声条件下表现最优。
2023-06-01 quant-ph
Partitioning Quantum Chemistry Simulations with Clifford Circuits
本文提出用Clifford或近Clifford电路划分量子化学模拟中的子系统并折叠进哈密顿量，结合模拟退火和遗传算法构造分子相关电路，在相似精度下最多可减少50%量子比特数。
2023-07-20 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Gate Efficient Composition of Hamiltonian Simulation and Block-Encoding with its Application on HUBO, Chemistry and Finite Difference Method
Université Paris-Saclay CEA, List（巴黎萨克雷大学 CEA 列表研究所）
本研究提出统一多领域哈密顿量模拟的形式体系，通过区别于LCU的门分解策略减少量子门数量与电路深度，可实现精确模拟与块编码，在HUBO、费米子哈密顿量及有限差分法应用中均有优异表现。
2025-01-21 quant-ph
Nonorthogonal variational quantum simulation for quantum chemistry
Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale and School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（合肥微尺度物质科学国家研究中心和中国科学技术大学物理学院）；Shanghai Research Center for Quantum Science and CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（上海量子科学研究中心和中国科学院量子信息重点实验室（中国科学技术大学））；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室（中国科学技术大学））；Key Laboratory of Theoretical and Computational Photochemistry, Ministry of Education, College of Chemistry, Beijing Normal University（教育部理论化学与计算化学重点实验室和北京师范大学化学学院）；Center on Frontiers of Computing Studies, School of Computer Science, Peking University（前沿计算研究中心和北京大学生命科学学院）
针对量子化学动力学模拟，提出非正交变分量子模拟（NOVQS），通过线性组合浅层参数化量子电路增强表达能力，在电路深度受限下提升模拟精度。
2026-09-25 quant-ph
ExtraFerm: An Extended Matchgate Simulator
University of Chicago（芝加哥大学）；Center for Theoretical Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院理论物理中心）；University of Michigan（密歇根大学）；IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）
介绍针对化学应用的量子电路模拟器ExtraFerm，能计算特定电路样本的玻恩规则概率，支持概率近似和精确计算，通过模拟LUCJ近似与SQD集成提升分子基态能量估计准确性，相比其他模拟器有优势，为量子算法带来新机遇。
2026-07-29 quant-ph
Quantum Advantage in Computational Chemistry?
本文通过扩展比较框架评估量子计算何时能在计算化学中取得优势，发现经典方法在未来数十年内多数情况下仍占优，但量子相位估计有望在十年内超越中小型分子的高精度方法，并在条件有利时于十五到二十年内超越部分较低精度方法。
2025-08-28 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
Quantifying the effect of gate errors on variational quantum eigensolvers for quantum chemistry
本研究通过密度矩阵模拟量化了变分量子本征求解器可容忍的去极化门误差，发现实现化学精度所需的门误差概率随系统规模和噪声双量子比特门数量增加而降低，表明需大幅降低门误差才能实现量子优势。
2024-02-13 quant-ph
Optimizing Quantum Chemistry Simulations with a Hybrid Quantization Scheme
Hon Hai Research Institute（鸿海研究院）；City University of Hong Kong（香港城市大学）
本文提出混合量子化方案，通过转换电路在不同量子化形式间切换，提升量子化学模拟效率，实现对基态、分子动力学和光谱性质的多项改进。
2026-04-30 quant-ph
Efficient Two-Electron Ansatz for Benchmarking Quantum Chemistry on a Quantum Computer
量子化学为近期的量子计算提供了关键的应用，但由于噪声的存在，这些应用变得非常复杂。在这项工作中，我们提出了一个有效的计算内的混合量子经典算法的双电子原子和分子的Ankaly。该模型利用了双电子系统的基本结构，并分别在量子计算机和经典计算机上处理非定域和定域自由度。这里的非局部自由度的比例线性相对于基础集的大小，给出了一个线性的ananimals只有$\mathcal{O}(1)$电路准备所需的减少状态层析成像。我们在两台公开的量子计算机上实现了这个基准测试，计算了${\rm H}_\textrm{2}^{}$和${\rm H}_\textrm{3}^+$的4-和6-量子位计算的精确解离曲线。
2020-04-21 quant-ph
Clifford augmented density matrix renormalization group for \textit{ab initio} quantum chemistry
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；National University of Defense Technology（国防科技大学）
针对从头算量子化学问题，提出Clifford增强密度矩阵重整化群（CA-DMRG）的高效方案，通过集成Clifford电路与矩阵乘积态，在相同键维度下精度高于标准DMRG，为强静态关联体系求解提供新路径。
2025-11-13 quant-ph
Relativistic quantum chemistry on quantum computers
近年来，人们对应用量子计算解决量子化学问题产生了极大的兴趣。最近，甚至第一个原理验证实验实现已经报道。然而，到目前为止，只有非相对论性的制度（即薛定谔方程）已被探索，而众所周知，相对论效应在化学中可能是非常重要的。在这封信中，我们提出了第一个相对论计算分子能量的量子算法。我们展示了如何有效地解决本征问题的狄拉克-库仑哈密顿量的量子计算机上，并证明所提出的程序的功能，通过数值模拟计算的自旋轨道分裂的SbH分子。最后，我们提出了具有3个量子比特和9或10个hocT的量子线路，其实现了该分子的原理证明相对论量子化学计算，并且可能适合于实验实现。
2012-03-26 quant-ph
Circuit Depth Reduction for Executable Hamiltonian Dynamics of Covalent Inhibitor Reactivity on Quantum Hardware
Capgemini Quantum Lab（凯捷量子实验室）；IBM T. J. Watson Research Center（IBM T.J.沃森研究中心）；Haiqu Inc.（海奇公司）；IBM Quantum IBM France Lab（IBM量子法国实验室）；GSK Medicines Research Centre（葛兰素史克药物研究中心）
本研究提出一种结合哈密顿时间演化与经典机器学习的端到端策略，通过电路缩减方法实现含磺酰氟弹头共价抑制剂反应性的量子模拟，在量子硬件上取得显著电路深度缩减且保留反应性预测精度。
2026-08-31 quant-ph
Simulating chemistry efficiently on fault-tolerant quantum computers
理论上，量子计算机可以比经典计算机更快地模拟量子物理，但仍然存在一些技术障碍。在这里，我们考虑的方法，使提出的化学模拟算法计算速度快的容错量子计算机的电路模型。容错限制了可用门的选择，因此仿真算法所需的任意门必须从基本操作序列中构造。我们研究了用于构建任意门的技术，这些门的执行速度比基于传统Solovay-Kitaev算法的电路快得多[C.M.道森和MA Nielsen，\emph{Quantum Inf. Comput.}，\textbf{6}：81，2006]。对于给定的近似误差$ε$，可以容错地产生任意单量子位门，并且使用时间上有限的一组门，即$O(\log ε)$或$O(\log \log ε)$;通过足够的并行准备辅助，可以使用我们称为可编程辅助旋转的方法来实现恒定的平均深度。此外，我们构建和分析的第一和第二量化的模拟算法的有效实现，使用容错任意门和其他技术，如在恒定时间内实现各种子程序。我们分析的一个具体例子是氢化锂的基态能量计算。
2012-04-03 quant-ph
Geo-ADAPT-VQE: Quantum Information Metric-Aware Circuit Optimization for Quantum Chemistry
MERL（三菱电机研究实验室）；Electrical and Computer Engineering, University of Michigan, Ann Arbor, USA（密歇根大学电气与计算机工程系）
Geo-ADAPT-VQE通过几何感知的自适应方法提升量子化学计算的收敛性和稳定性，实现更快更稳定的收敛并显著减少能量误差。
2026-03-11 cs.NA eess.SP math.NA
Learning to Prepare Molecular Ground States with Transformer Models
Quantinuum；NVIDIA Corporation（NVIDIA公司）；Chemical R&D（化学研发部）；Center for Digital Innovation（数字创新中心）
研究如何用Transformer模型制备分子基态，提出ADAPT-GQE框架，先以ADAPT-VQE生成参考电路训练模型，经强化学习提高电路生成精度，相比ADAPT-VQE大幅减少电路生成时间，在量子硬件上演示，为量子计算化学自动合成电路开辟道路。
2026-07-27 cs.AI 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
Qubitization of Arbitrary Basis Quantum Chemistry Leveraging Sparsity and Low Rank Factorization
最近的工作已经通过使用基于幺正的方法的线性组合来利用平面波基础库仑算子中的结构，从而大大降低了量子模拟化学所需的门复杂性。在这里，我们表明，可以实现类似的缩放，即使是任意的基集（可以是数百倍更紧凑的平面波），通过使用qubitized量子行走的方式，利用库仑算子的结构，无论是通过直接利用稀疏，或通过一个低秩张量因式分解。我们为我们的算法的几个变体提供了电路（它们都比以前的方法的缩放有所改进），包括一个具有$\widetilde{\cal O}(N^{3/2} λ)$ T复杂性的算法，其中$N$是轨道数，$λ$是化学哈密顿量的1-范数。我们部署我们的算法来模拟FeMoco分子（与固氮有关），并获得电路，所需的表面码时空体积比该系统的先前量子算法少约700倍，尽管我们使用更大，更准确的活动空间。
2019-11-27 physics.chem-ph quant-ph
Large-Scale Simulation of Quantum Computational Chemistry on a New Sunway Supercomputer
量子计算化学（QCC）是使用量子计算机来解决计算量子化学中的问题。我们开发了一个高性能的变分量子本征求解器（VQE）模拟器，用于在新的Sunway超级计算机上模拟量子计算化学问题。主要创新包括：（1）基于矩阵乘积状态（MPS）的VQE模拟器，以减少所需的内存量并提高模拟效率;（2）结合密度矩阵嵌入理论和基于MPS的VQE模拟器，以进一步扩展模拟范围;（3）三级并行化方案，以扩展到2000万个核;（4）使用Julia脚本语言作为主要编程语言，这使得编程更容易，并使其具有原生C或Fortran的尖端性能;（5）基于VQE模拟器研究实际化学系统，实现了近似线性的强和弱标度。我们的模拟展示了VQE对大型量子化学系统的强大功能，从而为近期量子计算机上的大规模VQE实验铺平了道路。
2022-07-08 physics.chem-ph quant-ph
Molecular Excited State Calculations with Adaptive Wavefunctions on a Quantum Eigensolver Emulation: Reducing Circuit Depth and Separating Spin States
光化学反应的定量研究需要从头计算电子激发态，但经典计算机上的精确计算受到尺度限制。变分量子紧缩（VQD）是用于计算电子激发态能量的变分量子本征求解器（VQE）的扩展，并且具有使用量子计算机解决这些缩放挑战中的一些的潜力。然而，近期可用的量子计算机只能支持有限数量的电路操作，因此降低VQD方法中的量子计算成本对其实现至关重要。在这项工作中，我们研究了使用自适应量子线路增长（ADAPT-VQE）的激发态VQD计算，一个策略，已成功地减少了资源的基态能量VQE计算。我们也利用自旋限制来分离不同自旋对称性的本征态的恢复，以减少计算的次数和误差的累积。我们创建了一个量子本征解算器仿真包-基于量子计算和量子化学（QEBAB）成就的量子本征解算器-用于测试针对使用固定长度量子线路的两种VQD方法提出的自适应过程。对于氢化锂测试案例，我们发现VQD的自旋限制自适应生长变体使用迄今为止最紧凑的电路，一致地恢复了不同核几何形状和本征态的足够的电子相关能，同时隔离了单重态和三重态流形。这项工作是进一步发展技术，提高效率的混合量子算法的激发态量子化学，开辟了利用真正的量子计算机电子激发态计算的可能性比以前预期的更快。
2021-05-21 quant-ph
Improving Quantum Algorithms for Quantum Chemistry
我们提出了几个改进的标准Trotter-Suzuki为基础的算法在量子计算机上的量子化学模拟。首先，我们修改了如何实现乔丹-维格纳变换，以减少其成本从线性或对数的轨道数为一个常数。我们的修改不需要额外的辅助量子比特。然后，我们演示了有多少操作可以并行化，导致电路的并行深度进一步线性下降，代价是所需量子位数增加一个小的常数因子。第三，我们修改了Trotter-Suzuki分解中的项阶，显著减少了给定Trotter-Suzuki时间步长的误差。最后的改进修改的哈密顿量，以减少由非零Trotter-Suzuki时间步长引入的错误。所有这些技术都使用数值模拟和详细的门计数进行了验证，给出了现实的分子。
2014-03-23 quant-ph
Towards chemical accuracy with shallow quantum circuits: A Clifford-based Hamiltonian engineering approach
本文提出基于Clifford的哈密顿量工程算法CHEM，结合变分量子本征求解器与硬件高效拟设，解决电路深度与精度的权衡，在12量子比特系统中用少于30个双量子比特门实现化学精度。
2023-12-10 physics.chem-ph quant-ph
Diagonal quantum circuits: their computational power and applications
对角量子线路是在计算基中仅包括对角门的量子线路。尽管对角量子线路在所有门的交换性意义上具有经典特征，但它们的计算能力极有可能优于经典电路，并且它们被开发用于量子信息任务中的应用。本文综述了对角量子线路的计算能力及其应用。本文研究了一类特殊的对角量子线路--瞬时量子多项式时间（IQP）线路的计算能力。然后，我们回顾了随机态的近似生成作为对角量子线路的应用，其中随机态是均匀分布在希尔伯特空间中的纯态的系综。我们还提出了一种利用对角量子线路的经典哈密顿量的热化算法。这些应用是可行的，实验上实现现有技术，由于一个简单的和强大的结构的对角门。
2014-08-04 quant-ph
Post-Hartree-Fock method in Quantum Chemistry for Quantum Computer
量子计算化学是量子计算机的一个潜在应用，有望有效解决量子化学问题，特别是电子结构问题。量子计算化学可以与传统的计算设备相比较。本文综述了量子计算化学的应用和发展概况，包括对量子信息科学家使用的Hartree-Fock方法的回顾。量子算法，量子相位估计，和变分量子本征求解器，已被应用到后Hartree-Fock方法。
2020-11-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Clifford Circuit Initialisation for Variational Quantum Algorithms
提出了一种适用于中等规模量子计算机的变分量子算法的初始化方法。该方法使用模拟退火的有效模拟Clifford参数点作为预优化，找到一个低能量的初始条件。我们数值证明了该技术的有效性，以及它如何依赖于哈密顿结构，量子位数和电路深度。虽然考虑了一系列不同的问题，但我们注意到该方法对量子化学问题特别有用。这种方法可以帮助实现一个量子优势在嘈杂或容错的中间规模的设备，即使我们证明了一般的方法是不可任意扩展。
2022-07-04 quant-ph
Quantum Simulation of Preferred Tautomeric State Prediction
互变异构体的预测在计算机辅助药物发现中起着至关重要的作用。然而，目前准确预测给定药物样分子的规范互变异构形式仍然是一项具有挑战性的任务。由于缺乏广泛的互变异构体数据库，很可能是由于实验研究的困难，阻碍了有效的经验方法预测互变异构体的发展。通过量子化学计算可以更准确地估计稳定的互变异构形式。然而，所需的计算成本阻碍了量子化学计算作为计算机辅助药物发现中的互变异构体预测的标准工具。在本文中，我们提出了一个混合量子化学量子计算工作流程，有效地预测占主导地位的互变异构形式。具体地说，我们选择了基于量子化学方法的活性空间分子轨道。然后利用有效的编码方法将哈密顿量映射到量子器件上，以减少量子比特资源和电路深度。最后，采用变分量子本征求解器（VQE）算法进行基态估计，其中使用了硬件高效的模拟电路。为了证明我们的方法的适用性，我们进行实验上的两个互变异构体系统：丙酮和依达拉奉，每个有52和150自旋轨道的STO-3G基组，分别。我们的数值计算结果表明，它们的互变异构状态预测与CCSD基准一致。此外，所需的量子资源是有效的：在Edaravone的例子中，我们可以只用8个量子位和80个双量子位门来实现化学精度。
2022-10-06 quant-ph
Circuit optimization of Hamiltonian simulation by simultaneous diagonalization of Pauli clusters
许多实际应用依赖于由泡利算子之和给出的哈密顿量的时间演化。单泡利算子的精确时间演化的量子线路是众所周知的，并且可以通过连接单个项的线路而平凡地扩展到交换泡利的和。在本文中，我们降低了电路的复杂性的哈密顿模拟的泡利运营商划分成相互交换集群和指数的元素后，每个集群应用同步对角化。我们提供了一个实用的算法分割成交换子集的Paulis集，并表明，所提出的方法可以帮助显着减少CNOT操作的数量和电路深度的量子化学中产生的哈密顿量。同时对角化的算法也适用于稳定状态的上下文中，特别是我们提供了新的四个和五个阶段的表示，每个只包含一个阶段的条件门。
2020-09-05 quant-ph
