Ground-state energies of Ising models calculated using the samples from a quantum computer that simulates short-time evolution
U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
本文采用CVQE算法与引导采样假设，利用最多63个量子位计算伊辛模型的基态能量，并分析量子误差边界及近-term量子计算的适用性。
2026-04-28 quant-ph
Power of Sine Hamiltonian Operator for Estimating the Eigenstate Energies on Quantum Computers
量子计算机在解决量子化学难题方面具有巨大的潜力。本文提出了一种新的经典量子混合方法，称为正弦哈密顿算符幂（PSHO），用于计算给定哈密顿量（H）的本征值。在PSHO中，对于任何参考状态，正弦哈密顿功率态的归一化能量可以被确定。随着幂次的增加，初始参考态可以收敛到参考态展开系数中具有最大绝对本征值的本征态，正弦哈密顿幂次态的归一化能量收敛到Ei。哈密顿量的基态和激发态能量可以通过取不同的t值来确定。PSHO方法的性能表现出的H4和LiH分子的数值计算。与目前流行的变分量子本征求解器方法相比，PSHO不需要设计模拟电路，避免了复杂的非线性优化问题。PSHO在近期量子器件中具有巨大的应用潜力。
2022-11-10 quant-ph
Using gradient-based algorithms to determine ground state energies on a quantum computer
变分算法是在近期量子计算机上实现的有希望的候选算法。变分量子本征求解器（VQE）是一个突出的例子，其中量子机械波函数的参数化试验状态被优化以获得基态能量。在我们的工作中，我们调查的变分哈密顿量Angloman（VHA），其中的审判状态是由一个非相互作用的参考状态修改的幺正旋转使用发电机的一部分描述系统的哈密顿量。通过优化这些酉旋转的角度来获得最低能量。优化变分参数的标准过程是使用基于梯度的算法。然而，量子器件的散粒噪声和固有噪声影响所需梯度的评估。我们研究了不同的方法来获得梯度，特别是有限差分和参数移位规则，如何受到散粒噪声和量子计算机的噪声的影响。为此，我们模拟了一个简单的量子线路，以及2位点和6位点的哈伯德模型。
2021-09-17 quant-ph
Approximating Ground and Excited State Energies on a Quantum Computer
近似基态和固定数量的激发态能量，或等价的低阶哈密顿本征值，是一个重要但计算困难的问题。通常，经典的确定性算法的成本随自由度的数量呈指数增长。在一般条件下，并使用微扰方法，我们提供了一个量子算法，产生一个常数$j$不同的低阶本征值的估计。该算法依赖于一组尝试特征向量，其构造取决于特定的汉密尔顿性质。我们说明了我们的结果，考虑一个特殊的情况下，时间无关的薛定谔方程与$d$自由度。我们的算法计算一个常数$j$的不同的低阶特征值的误差$O(ε)$和成功概率至少$\frac34$，成本多项式在$\frac{1}ε$和$d$。这扩展了我们以前的结果估计的基态能量的算法。我们提出的技术是足够的一般适用于本文研究的应用程序以外的问题。
2015-08-06 quant-ph
Quantum self-consistent equation-of-motion method for computing molecular excitation energies, ionization potentials, and electron affinities on a quantum computer
近期量子计算机有望通过精确的分子模拟来促进材料和化学研究。一些发展已经表明，小分子的精确基态能量可以在当今的量子器件上进行评估。虽然电子激发态在化学过程和应用中起着至关重要的作用，但对近期量子器件的常规激发态计算的可靠和实用方法的探索正在进行中。受量子化学中幺正耦合团簇理论的激发态方法的启发，我们提出了一种基于运动方程的方法，在量子计算机上用变分量子本征求解器算法计算基态的激发能.我们进行数值模拟H $_2$，H $_4$，H $_2$ O，和LiH分子测试我们的量子自洽运动方程（q-sc-EOM）的方法，并比较它与其他当前国家的最先进的方法。q-sc-EOM利用自洽算子来满足真空湮没条件，这是精确计算的关键属性。它提供了对应于垂直激发能、电离势和电子亲合势的真实和尺寸密集的能量差。我们还发现，q-sc-EOM是更适合于NISQ设备上的实现，因为它预计将是更有弹性的噪声相比，目前可用的方法。
2023-02-23 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Non-unitary operations for ground-state calculations in near term quantum computers
我们引入了一个量子蒙特卡罗启发的重新加权方案，以准确地计算最佳短量子线路的能量。这种有效的量子-经典混合方法的特点是由短的量子线路提供纠缠，同时存在有效的非幺正算符。该投影仪的函数形式借用自经典计算，能够过滤掉次优变分量子启发式拟法产生的高能分量。在计算多体晶格模型的纠缠基态能量时证明了这种方法的精确性。我们展示了一个实际的实现IBM量子硬件高达8量子位电路。
2019-10-04 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph quant-ph
Quantum computing applied to calculations of molecular energies: CH2 benchmark
量子计算机之所以吸引人，是因为它们能够比经典计算机更快地解决某些任务。它显示在[Aspuru-Guzik et al.，Science 309，1704（2005）]，如果可用的话，他们将能够用多项式标度进行全构型相互作用（FCI）能量计算。这与FCI呈指数级扩展的传统计算机相反。我们已经开发了一个量子计算机模拟的代码，并实现了我们版本的量子全组态相互作用算法。我们提供了一个详细的描述，该算法和评估其性能的结果上的四个最低躺的电子态的CH 2分子。选择该分子作为基准，因为其两个最低的1A 1态在平衡几何结构下表现出多参考特性。已经表明，利用适当选择的量子寄存器的初始状态，即使在这种情况下，也能够实现迭代相位估计算法的概率放大机制。
2010-09-21 quant-ph
Energy Dissipation in Quantum Computers
描述了一种用于计算由于量子相位信息的损失而在量子计算机中产生的热量的方法。令人惊讶的是，这种热量产生可以在零温度下发生。这可以解释为什么不可能从真空涨落中提取能量。光学计算机和量子宇宙学的影响也简要讨论。
2003-10-15 quant-ph
Quantum vacuum energies and Casimir forces between partially transparent $δ$-function plates
本文分析了两个部分透明平板上的实标量场的质量涨落所引起的量子真空能量。无限薄板的物理性质由两个Dirac- $δ$势表征。我们发现当$δ$的重量具有等/异号时，板之间产生吸引/排斥Casimir力。如果某些平板吸收低于某个能量阈值的涨落（相应的权重为负），则需要为标量场涨落设置最小质量，以保持相应量子场论中的么正性。两个排斥的$δ$ -相互作用与无质量涨落相容。在$(-a,a)$区间的端点处的狄利克雷边界条件对定义在该区间上的无质量标量量子场论的影响等同于让排斥$δ$ -相互作用的权重等于$+\infty$。
2013-05-09 hep-th math-ph math.MP
How to use quantum computers for biomolecular free energies
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；QuSoft, Centrum voor Wiskunde en Informatica（QuSoft，荷兰数学与计算机科学中心）
本文提出利用量子计算与机器学习结合的方法，高效计算生物分子自由能，通过量子嵌套策略提升准确性，适用于大分子体系的模拟。
2025-06-25 cond-mat.str-el physics.bio-ph physics.chem-ph
Dephasing of coupled qubit system during gate operations due to background charge fluctuations
先前已经提出了一种可以基于超导纳米电路构建的量子计算机。我们研究了背景电荷涨落对用于这种计算机的耦合约瑟夫森电荷量子比特系统的影响。在以前的工作中，背景电荷涨落被发现是一个重要的退相通道的一个约瑟夫森量子比特。研究了约瑟夫森电荷量子比特系统电荷简并点处偏压涨落的影响。所评估的量是量子位的密度矩阵的栅极保真度和对角元素。涨落导致门误差，然而随着量子比特系统之间的相互作用的增加，量子门操作变得更加精确。
2004-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Correction scheme for molecular total energies from quantum phase estimation under limited qubit resources
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
提出一种混合方法，结合容错量子计算机和经典计算，通过量子主导轨道选择和子空间动态相关校正，在有限量子比特资源下准确评估分子总能量。
2026-06-15 physics.chem-ph quant-ph
Towards Efficient Quantum Computation of Molecular Ground State Energies using Bayesian Optimization with Priors over Surface Topology
针对变分量子特征求解器（VQE）中采样数增加会提升模拟成本的问题，提出带表面拓扑先验的贝叶斯优化（BOPT）方法，用更少量子资源实现分子基态能量计算，并验证了方法有效性。
2024-07-10 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Quantum equation of motion for computing molecular excitation energies on a noisy quantum processor
分子激发能的计算对于预测具有化学和技术意义的光诱导反应是必不可少的。虽然这项任务所需的经典计算资源规模很小，但量子算法成为有前途的替代方案。特别是，扩展的变变分量子本征求解器算法的计算的激发能是一个有吸引力的选择。然而，目前缺乏这样的算法相关的分子系统，是服从短期，嘈杂的硬件。在这项工作中，我们提出了一个扩展的经典运动方程方法的量子算法计算分子激发能的噪声量子计算机。特别是，我们证明了这种方法的效率在IBM量子计算机上的LiH分子的激发能的计算。
2020-08-17 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Simulated Quantum Computation of Molecular Energies
在经典计算机上，原子和分子能量的计算时间与系统大小呈指数关系，但使用量子算法则是多项式关系。我们证明，这样的算法可以应用于化学感兴趣的问题，使用适度数量的量子比特。在量子计算机模拟器上用递归相位估计算法计算了水和氢化锂分子的基态能量。递归算法将读出寄存器所需的量子位的数量从大约20减少到4。描述了分子波函数到量子比特的映射。本文描述了一种制备良好的近似基态波函数的绝热方法，并以拉伸氢分子为例进行了论证。所需的量子比特的数量与基函数的数量成线性比例，并且所需的门的数量与量子比特的数量成多项式增长。
2006-04-26 quant-ph
Emergence of Fermi-Dirac Thermalization in the Quantum Computer Core
我们将一个孤立的量子计算机建模为一个二维量子比特（自旋半）晶格，其中单个量子比特能量和剩余短程量子比特间耦合存在波动。在波动和耦合比单量子比特能量间隔小的极限下，光谱具有能带结构，我们研究了具有最高态密度的量子计算机核心（中心带）。在临界量子比特间耦合强度之上，量子混沌开始，导致孤立量子计算机中本征态的量子遍历性。混沌的发生导致相互作用诱导的动力学热化和占据数的费米-狄拉克分布很好地描述。这种热化破坏了非相互作用的量子比特结构，并对量子计算机的可操作性提出了严格的要求。
2000-09-21 cond-mat nlin.CD quant-ph
Geometric properties of evolutionary graph states and their detection on a quantum computer
利用自旋系统演化图态与能量涨落的关系，研究了自旋系统演化图态的几何性质。我们发现图状态的几何特征依赖于相应图的性质。也就是说，图态的能量涨落以及量子演化速度、态的曲率和挠率都与相应图中的边、三角形和正方形的总数有关。所得到的结果给出了一种可能性，以量化的数量的边，三角形和正方形的图形上的量子装置，并实现量子霸权在解决这个问题的发展与多量子比特量子计算机。在IBM的量子计算机ibmq-manila上计算的基础上，检测了对应于链、三角形和正方形的图形状态的几何特征。
2022-03-20 quant-ph
Ground and excited-state energies with analytic errors and short time evolution on a quantum computer
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究精确求解薛定谔方程的挑战，提出基于自相关函数的方法及严格近似框架，用于量子计算中分子系统能量估计。通过结合光谱方法与量子子程序定义QPD算法，能在海森堡极限下高精度同时估计基态和激发态能量，且方法稳健。
2026-07-14 math-ph math.MP physics.chem-ph
Studies of the Fermi-Hubbard Model Using Quantum Computing
本研究提出一种可扩展的计算Fermi-Hubbard模型小晶格基态能量的方法，在多种尺寸晶格上验证了高精度，为解决经典计算无法处理的的大尺寸问题提供了途径。
2024-08-28 cond-mat.other physics.comp-ph quant-ph
Subspace methods for the simulation of molecular response properties on a quantum computer
本研究将Davidson子空间方法应用于量子自洽线性响应理论，用于高效计算分子激发能、静态极化率及阻尼响应性质，并验证了酉耦合簇在强关联体系中的优势。
2024-02-19 physics.chem-ph quant-ph
Ionization energies in lithium and boron atoms using the Variational Quantum Eigensolver algorithm
经典-量子混合变分量子本征求解器算法是在有噪声的中尺度量子时代获得原子和分子系统基态能量的最广泛使用的方法。在这项工作中，我们扩大了范围的性质，可以使用该算法计算的第一电离能的锂和硼原子。我们检查我们的电离能和观察到的多体趋势的精度，并将它们与传统计算机上进行的计算结果进行比较。
2021-09-26 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
