Simulation of Chemical Reactions on a Quantum Computer
本研究开发并应用了一种基于Möller算子表述的含时量子算法，用于计算散射矩阵元，并成功应用于1D半无限方势阱和共线氢交换反应，为在量子计算机上模拟化学反应提供了新途径。
2024-04-23 quant-ph
Chemically-Accurate Prediction of the Ionisation Potential of Helium Using a Quantum Processor
该研究利用 Quantinuum 离子阱量子计算机，结合量子比特高效编码、低成本变分优化和基于矩的校正等技术，实现了对氦电离势的化学精确预测，证明了含噪量子计算机在电子结构计算中的实用价值。
2025-04-07 quant-ph
Simulating chemistry using quantum computers
量子化学家们都知道模拟量子系统的困难，这促使了量子计算的想法。人们可以通过将量子系统映射到另一个更可控的系统，来避免在传统计算机上精确模拟越来越大的量子系统所带来的急剧缩放。在这篇综述中，我们讨论了量子计算的思想在多大程度上已经被应用于化学问题。我们描述的算法，实现电子结构问题的显着优势，化学动力学模拟，蛋白质折叠，和其他任务。虽然理论仍然领先于实验，我们概述了最近的进展，导致了小型量子信息处理器上的第一个化学计算。
2010-07-15 quant-ph
Error detection on quantum computers improves accuracy of chemical calculations
量子纠错的一个重要里程碑是达到容错阈值，超过该阈值量子计算机可以任意精确。这需要非凡的资源和工程努力。我们表明，即使没有实现完全的容错，量子错误检测在当前一代的量子硬件上已经是有用的。我们通过对[[4，2，2]]量子检错码中编码的氢分子执行端到端的化学计算来实验性地证明这一点。采用逻辑量子比特进行编码计算，显著提高了分子基态能量的计算精度。
2021-06-15 physics.chem-ph quant-ph
Integrating Classical and Quantum Software for Enhanced Simulation of Realistic Chemical Systems
本研究开发了量子电路模拟器与CP2K的接口，实现量子-经典混合框架下大规模化学系统的力评估，并通过水、表面吸附和酶等基准验证了线性扩展性，推动量子计算在真实化学中的应用。
2025-06-23 physics.chem-ph quant-ph
Simulating near-infrared spectroscopy on a quantum computer for enhanced chemical detection
针对近红外光谱提取化学浓度需大量训练数据的问题，提出量子计算机模拟近红外光谱的方法，通过振动模式定位等优化实现O(M²)缩放，模拟高爆炸性分子光谱仅需8.47×10⁸个T门和173个逻辑量子位，可增强检测模型训练数据集以释放振动光谱潜力。
2025-04-14 quant-ph
How will quantum computers provide an industrially relevant computational advantage in quantum chemistry?
许多报告声称，量子优势将预示着化学研究的新时代，因为它将使科学家能够进行以前不可能的量子化学模拟。在量子计算机上进行这种模拟，有望大大提高准确性和速度，预计将对我们探测现实、预测化学实验结果，甚至驱动药物、催化剂和材料设计的方式产生巨大影响。在这项工作中，我们回顾了量子硬件和算法理论的现状，并研究了这种关于量子优势的流行说法是否真的会带来变革。我们讨论了量子化学研究的微妙复杂性，这些复杂性在涉及量子计算机的讨论中往往被忽视。我们估计了在量子计算机上对几种类型的分子进行化学精确计算所需的量子计算机资源。特别是，我们直接比较的资源和时间与经典和量子计算机的分子H $_2$为增加基集大小，和Cr $_2$为各种完整的活动空间（CAS）的范围内的CASCI和CASSCF方法。铬二聚体获得的结果使我们能够估计的有效空间的大小，在量子计算机上的非动态相关的计算应采取更少的时间比类似的计算在经典计算机上。利用这一结果，我们推测了量子计算机的使用在短期内既有益又与工业应用相关的化学应用类型。
2020-09-25 physics.chem-ph quant-ph
Virtual Screening of Chemical Space based on Quantum Annealing
本文提出利用量子退火器作为采样器生成数据，以提取材料属性的特征重要性，并据此虚拟筛选化学空间，将候选分子缩减至不足1%，从而加速新材料研发。
2023-07-12 quant-ph
Towards Accurate Quantum Chemical Calculations on Noisy Quantum Computers
针对NISQ设备上VQE受噪声影响的问题，提出三种方法（减少浴轨道、精确计算RDM、数学后处理）以提升DMET+VQE组合的精度，并在模拟器和真实设备上验证其超越经典黄金标准。
2023-11-16 quant-ph
Quantum Computing: Fundamentals, Trends and Perspectives for Chemical and Biochemical Engineers
我们每天都在使用经典计算机的好处和组件。然而，有许多类型的问题，随着它们规模的增长，它们的计算复杂性比经典计算机能够解决的要大。量子计算（QC）是利用量子物理特性来解决此类问题的计算模型。QC正处于各个行业领域大规模采用的早期阶段，以利用它所提供的算法加速。它可以应用于各种领域，如计算机科学，数学，化学和生物化学工程以及金融行业。本文的主要目的是为可能不熟悉量子计算的化学和生物化学研究人员和工程师提供概述。因此，本文首先解释了QC的基本概念。本出版物试图解决的第二个贡献是，化学工程文献仍然缺乏对QC最新进展的全面回顾。因此，本文回顾和总结了最新技术水平，以深入了解量子计算如何使化学工程问题受益和优化。参考书目分析涵盖了QC的综合文献，并使用Clarivate分析法分析了1990年至2020年化学工程中各种出版物主题的量子计算研究。在文献分析的基础上，重点介绍了QC在化学和生物化学工程中的相关应用，并对该领域的未来发展方向进行了展望。
2022-01-08 quant-ph
On the impossibility of extracting classical randomness using a quantum computer
在这项工作中，我们提出的问题是，量子设备是否可以为我们提供一个几乎完美的经典随机性源，更一般地说，足以完成经典的密码任务，如加密。事实上，众所周知，当经典计算机所能获得的只是一个现实的不完美的随机性来源时，它们不足以完成这两项任务中的任何一项。另一方面，量子物理本质上是概率性的，这表明量子计算机可能提供一种合理的方法来克服上述不可能的结果。然而，我们表明，这是不是在一个现实的设置中的情况下，观察（测量）受到噪声。
2006-12-01 quant-ph
Universal neural network potentials as descriptors: Towards scalable chemical property prediction using quantum and classical computers
本文提出利用通用神经网络势的中间信息作为通用描述符，通过迁移学习（如M3GNet和MACE）实现化学性质预测，在NMR化学位移基准上达到最先进精度，加速分子与材料发现。
2024-07-16 physics.chem-ph quant-ph
Digital Quantum Simulation of Laser-Pulse Induced Tunneling Mechanism in Chemical Isomerization Reaction
使用量子计算机来模拟多原子反应动力学在所需的资源量方面比经典计算机具有指数优势。在这里，我们展示了一个精确的模拟动力学的激光驱动的不对称丙二醛异构化反应。我们将空间和时间离散化，将哈密顿算符按量子比特数进行分解，利用沃尔什级数近似实现对角算符的量子线路。我们观察到，该反应的演变通过一个隧道机制，通过势垒和最终状态是与理论预测的密切一致。所有的量子线路都是通过IBM的QISKit平台在理想的量子模拟器中实现的。
2018-08-05 quant-ph
A comprehensive framework to simulate real-time chemical dynamics on a fault-tolerant quantum computer
本文提出一个在容错量子计算机上模拟化学实时动力学的端到端框架，通过赝离子平面波算法、量子拒绝采样优化电路和机器学习分子指纹，实现电子与核自由度的联合模拟，并给出了具体资源成本分析。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Credit Risk Analysis using Quantum Computers
我们提出并分析了一个量子算法，以估计信用风险更有效地比蒙特卡罗模拟可以在经典的计算机上。更准确地说，我们估计经济资本要求，即风险价值与给定损失分布的期望值之间的差异。经济资本要求是一个重要的风险指标，因为它总结了在给定的置信水平下保持偿付能力所需的资本金额。我们实现这个问题的一个现实的损失分布，并分析其缩放到一个现实的问题大小。特别是，我们提供了所需量子位总数的估计，预期的电路深度，以及在未来容错量子硬件的合理假设下，这如何转化为预期的运行时间。
2019-07-05 quant-ph
What the foundations of quantum computer science teach us about chemistry
随着量子技术的快速发展，其中一个主要的应用是化学模拟。有趣的是，即使在全尺寸量子计算机可用之前，量子计算机科学已经展示了一系列显着的结果，这些结果直接影响了任何计算机在化学模拟中的可能性。其中一些结果甚至影响了我们对现实世界中化学的理解。从这个角度来看，我们认为直接化学模拟最好理解为数字实验。虽然这一方面澄清了量子计算机扩展我们的能力，但它也向我们展示了过于直接地采取这种方法的局限性。利用量子计算机无法超越物理世界的结果，我们建立了一个有争议的立场，即一些化学问题最好被视为没有算法可以提供解决方案的问题，在计算机科学中称为不可判定的问题。这对热力学模型的预测能力和遍历假设等主题有影响。然而，我们认为，这种观点不是失败主义，而是有助于阐明现有的化学模型，如过渡态理论，分子轨道理论和热力学模型，受益于数据的成功。我们最近的结果表明，数据增强模型是更强大的死记硬背模拟。这些结果帮助我们欣赏传统化学理论的成功，并预测从实验数据中学习到的新模型。量子计算机不仅可以为这些模型提供数据，还可以扩展以基本方式利用数据的模型的类别和能力。这些讨论的高潮是对量子计算和化学相互作用的新方法的推测，以及我们对量子计算机在化学未来的最终作用的看法。
2021-06-07 physics.chem-ph quant-ph
Variational Quantum Simulation of Chemical Dynamics with Quantum Computers
实空间量子动力学的经典模拟是具有挑战性的，因为计算成本与系统维度呈指数缩放。量子计算机提供了以多项式复杂度模拟量子动力学的潜力;然而，基于分裂算子技术的现有量子算法需要大规模容错量子计算机，这在不久的将来仍然难以实现。在这里，我们提出了变分模拟实空间量子动力学适合于实现在噪声中间尺度量子（NISQ）设备。首先使用离散变量表示（DVR）和二进制编码方案将哈密顿量编码到量子位上。我们表明，直接应用基于麦克拉克伦原理的实时变分量子算法是低效的，因为测量成本随着一般势能的量子比特数呈指数增长，并且需要极小的时间步长才能获得准确的结果。基于大多数化学动力学都发生在低能子空间的认识，我们提出了一种子空间展开方法，利用量子计算机将包含含时驱动场的总哈密顿量投影到系统的低能本征态子空间上，从而经典地求解子空间内的精确量子动力学.我们表明，测量成本的子空间方法的多项式增长的一般势能的维数。我们的数值例子证明了我们的方法的能力，即使在强激光场。我们的工作打开了NISQ硬件模拟化学动力学的可能性。
2021-10-12 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Multireference Embedding and Fragmentation Methods for Classical and Quantum Computers: from Model Systems to Realistic Applications
本文综述了多参考密度矩阵嵌入和定域活性空间自洽场方法在经典和量子计算机上的最新进展，旨在解决强电子相关建模的计算标度问题，扩大多参考方法在复杂分子和材料中的应用范围。
2025-05-30 physics.chem-ph quant-ph
Chemically Motivated Simulation Problems are Efficiently Solvable by a Quantum Computer
University of Toronto（多伦多大学）；Vector Institute of Artificial Intelligence（向量人工智能研究所）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Chimie ParisTech, PSL University（巴黎高等化学学院，PSL大学）；CNRS, Institute for Life and Health Sciences (iCLeHS UMR 8060)（法国国家科学研究中心，生命与健康科学研究所）；St. Jude Children’s Research Hospital（圣裘德儿童研究医院）；Harvard University（哈佛大学）；Horizon Quantum Computing（地平线量子计算）
本文提出了一种基于散射树的量子算法，用于高效求解化学模拟问题，通过多项式规模的量子电路生成良好的初始态，以提升动态模拟的可行性。
2025-04-18 cs.CC physics.chem-ph quant-ph
Solvent distribution effects on quantum chemical calculations with quantum computers
本文提出3D-RISM-VQE方法，将3D-RISM-SCF理论与变分量子本征求解器结合，解析处理溶剂分布以避免采样统计误差，并证明溶液中量子化学计算的效率与气相几乎相同。
2022-08-26 physics.chem-ph quant-ph
Transversality and lattice surgery: exploring realistic routes towards coupled logical qubits with trapped-ion quantum processors
主动量子纠错已被确定为未来量子计算机的关键成分，激发了最近的实验努力，使用小拓扑码编码逻辑量子比特。除了证明编码的有益作用外，大规模量子计算机进展的一个盈亏平衡点将是实现一组通用的门。各种量子技术很快将面临这一中期挑战，这就迫切需要对其前景进行现实的评估。在这项工作中，我们追求这一目标，通过评估当前的捕获离子架构的能力，面对这一追求的最苛刻的部分之一：编码的逻辑量子比特之间的纠缠CNOT门的实现。我们提出了一个详细的比较研究的两种替代策略的捕获离子拓扑色码，无论是横向或晶格手术的方法，其特征在于一个详细的微观建模的当前技术能力和实验来源的噪音困扰不同的操作。我们仔细的容错设计，再加上低资源优化，使我们能够通过详尽的数值模拟确定的实验制度，每种方法变得有利。我们希望我们的研究有助于指导离子阱量子计算机的未来发展。
2018-01-22 quant-ph
Drug design on quantum computers
本文展望量子计算在药物设计中的应用，分析其挑战、机遇、产业变革潜力及落地所需条件。
2023-01-10 quant-ph
ChemiQ: A Chemistry Simulator for Quantum Computer
量子计算是一种具有高处理速度的新型计算系统，有望解决许多领域的问题。在这些领域中，最直观的应用是帮助化学研究人员正确描述强关联和复杂系统，这是当前化学模拟面临的最大挑战。本文介绍了一个独立的化学量子模拟工具ChemiQ，该工具旨在帮助人们在真实或虚拟的量子计算机上进行化学研究或分子计算。在C++语言模块化编程思想的指导下，软件设计为一个没有第三方物理或化学应用程序包的全栈工具。它提供以下服务：可视化构建分子结构，快速模拟基态能量，按距离或角度扫描分子势能曲线，研究化学反应，分析后以图形方式返回计算结果。
2022-12-28 physics.chem-ph quant-ph
Elucidating Reaction Mechanisms on Quantum Computers
我们展示了如何利用量子计算机来阐明复杂化学体系中的反应机制，以固氮酶中生物固氮的开放问题为例。我们将讨论量子计算机如何增强经典计算机对此类问题的模拟，以显着提高其准确性，并实现迄今为止棘手的模拟。详细的资源估计表明，即使考虑到量子纠错的大量开销，以及编译成离散门集的需要，也可以在小型量子计算机上在合理的时间内执行必要的计算。这表明量子计算机将能够切实解决化学中具有科学和经济意义的重要问题。
2016-05-25 quant-ph
Modeling Stochastic Chemical Kinetics on Quantum Computers
针对化学主方程求解随物种数指数增长的难题，研究以Schlögl模型为例，结合VQD、QPE与VQSVD等量子算法实现随机化学动力学建模，量子模拟结果与经典计算误差在百分之几内，为相关指数复杂度问题提供量子求解可行路径。
2024-04-12 cond-mat.other nlin.AO physics.chem-ph
Reliably assessing the electronic structure of cytochrome P450 on today's classical computers and tomorrow's quantum computers
对量子计算机如何用于化学模拟的准确评估，特别是其潜在的计算优势，为如何部署这些未来设备提供了重要的背景。为了可靠地进行这种评估，量子资源估计必须与经典模拟相结合，以回答相关的化学问题并定义经典模拟前沿。在这里，我们探索所需的量子和经典资源，以评估细胞色素P450酶（CYP）的电子结构，从而定义一个经典的量子优势边界。这是通过分析DMRG+ NEVPT 2的收敛性和耦合团簇单倍与非迭代三倍（CCSD（T））计算的自旋间隙的模型中的催化循环，表明多参考字符。对于相同的系统，计算使用量子化量子行走执行相位估计所需的量子资源。编译成表面代码提供运行时估计以直接与DMRG运行时进行比较并评估潜在的量子优势。经典和量子资源的估计表明，在足够大的规模来平衡动态和多组态电子相关的模拟的量子模型有可能是一个量子优势的问题，并强调了经典模拟和量子算法的发展之间的重要相互作用的化学模拟。
2022-02-02 physics.chem-ph quant-ph
Hardware-efficient variational quantum algorithm in trapped-ion quantum computer
本文提出面向囚禁离子量子模拟器的硬件高效变分拟设HEA-TI，利用全局自旋相互作用减少双比特门依赖，在簇态制备和分子基态求解中展现出与UCCSD相当的性能且更易实验实现。
2024-07-03 quant-ph
Feasibility of accelerating homogeneous catalyst discovery with fault-tolerant quantum computers
本研究通过基态能量估计问题从经济效用、经典难度和量子资源三方面分析，表明容错量子计算机有望以约139,000 QPU小时的成本加速均相催化剂发现。
2024-06-10 quant-ph
A distributed architecture for scalable quantum computation with realistically noisy devices
迄今为止，人们为实现容错量子计算付出了巨大的努力。然而，现有的容错方案假设多个量子比特共同存在于一个量子系统中，这与实验的实际情况是不相容的。在这里，我们提出了一种新的架构，实际上可扩展的量子计算，量子计算分布在小尺寸（四量子比特）的本地系统，这是由量子信道连接。我们表明，所提出的架构的工作原理，甚至与错误概率0.1%的本地操作，突破了一个数量级的共识。此外，量子信道的保真度可以是非常低的$\sim$ 0.7，这基本上放松了按比例放大架构的难度。本架构所需的所有关键要素及其准确性都在当前技术的范围内。目前的架构使我们能够实现量子计算机的有效缩放，就像今天的经典计算机一样。
2012-02-29 quant-ph
Rapidly Achieving Chemical Accuracy with Quantum Computing Enforced Language Model
本研究提出量子计算增强的transformer语言模型QiankunNet-VQE，融合经典与量子资源，在12量子比特下实现媲美经典最优方法的精度，无需误差缓解即可克服VQE局限，为求解多电子薛定谔方程提供实用量子优势新路径。
2024-05-15 quant-ph
Quantum Computers and Dissipation
我们分析了量子计算中的耗散及其对量子算法效率的破坏性影响。利用退相干的一般模型，我们研究了任意长度的量子寄存器与任意相干长度的环境耦合的时间演化。我们讨论了退相干和计算复杂性之间的关系，并表明量子因式分解算法必须修改，以被视为有效和现实的。
1997-01-31 quant-ph
Coupled cluster downfolding techniques: a review of existing applications in classical and quantum computing for chemical systems
在这篇手稿中，我们提供了一个概述的耦合集群（CC）向下折叠的方法，量子系统的基态问题是通过有效的/向下折叠的哈密顿定义使用活性空间的最新发展。这里讨论的所有CC下折技术都来自基态问题的单参考指数分析。我们讨论了几个扩展的非厄米和厄米向下折叠的方法的时域和所谓的量子流。我们强调了向下折叠形式主义在将化学应用从嘈杂的量子设备过渡到可扩展和纠错的量子计算机中的重要作用。
2023-02-28 quant-ph
Native multiqubit Toffoli gates on ion trap quantum computers
我们研究了在离子阱量子计算机上实现n-控制量子比特Toffoli门和选择门的详细方案，特别是那些将离子穿梭到相互作用区的方案。我们确定这些门的预期性能与现实参数的离子阱量子计算机，并考虑到交换积分的时间变化。这使我们能够估计由于自旋-声子纠缠的误差。虽然实现这些门存在挑战，因为它们的性能总是有一定程度的误差，但它们在当前的硬件上应该是可行的，但它们可能太慢，无法有效地用于噪声中等规模量子计算机上的量子代码。
2021-02-28 quant-ph
Projective Quantum Eigensolver via Adiabatically Decoupled Subsystem Evolution: a Resource Efficient Approach to Molecular Energetics in Noisy Quantum Computers
本文提出一种基于二分退耦参数化拟设的投影量子特征求解器，在NISQ硬件上以资源高效方式准确计算分子基态能量，具有更浅电路和更少测量，且在噪声下表现优越。
2024-03-19 quant-ph
Workflow for practical quantum chemical calculations with quantum phase estimation algorithm: electronic ground and π-π* excited states of benzene and its derivatives†
本文提出一种结合MP2赝自然轨道、活性空间CISD和误差削减技术的QPE量子化学计算工作流程，并通过苯及其衍生物的基态与π-π*激发态模拟验证其通用性。
2024-09-03 quant-ph
Solving optimization problems with Rydberg analog quantum computers: Realistic requirements for quantum advantage using noisy simulation and classical benchmarks
里德伯原子平台已被提出作为解决一些组合优化问题的有希望的候选者。在这里，我们计算这些平台必须满足的系统大小和噪声水平的定量要求，以达到量子优势，近似解决单位磁盘最大独立集问题。使用噪声模拟的Rydberg平台多达26个原子通过现实的范德华相互作用，我们计算的平均近似比，可以达到一个简单的量子退火为基础的启发式在一个固定的时间计算预算。基于工程量子态中测量的相关长度的估计，我们将结果外推到大原子数，并将其与简单的经典近似启发式进行比较。我们发现，至少$\approx 0.84$的近似比是在不久的将来的噪声水平。不考虑进一步的经典和量子算法的改进，我们估计，量子优势可以达到通过获得$\sim8,000$的时间预算为2秒，和$\sim 1,000-1,200$的时间预算为0.2秒的受控原子的数量，提供了系统的相干水平可以提高了10倍，同时保持恒定的重复率。
2020-11-05 cond-mat.quant-gas quant-ph
Noise tailoring for Robust Amplitude Estimation
通用容错量子计算机有望加速经典计算机上难以处理的计算问题;然而，在接下来的十年左右，我们的访问仅限于嘈杂的中间尺度量子计算机（NISQ），也许还有早期容错（EFT）量子计算机。这激发了许多近期量子算法的发展，包括鲁棒幅度估计（RAE），这是一种用于估计期望值的量子增强算法。使用RAE的一个障碍是缺乏将实际误差模型纳入该算法的方法。到目前为止，设备噪声对RAE的影响被纳入其子程序之一，作为一个指数衰减模型，这是不现实的NISQ设备，也许，EFT设备，这阻碍了RAE的性能。而不是试图明确模拟现实的噪声效应，这可能是不可行的，我们绕过这个障碍，通过定制设备噪声产生一个有效的噪声模型，其对RAE的影响非常类似的指数衰减模型。使用嘈杂的模拟，我们表明，我们的噪声定制的RAE算法能够重新获得改进的偏差和精度，预计RAE。此外，在IBM的量子计算机上，我们的算法在减少偏差方面优于标准估计技术。因此，我们的工作扩展了RAE在NISQ计算机上的可行性，从而使我们更接近使用这些设备实现量子优势。
2022-08-24 quant-ph
Implementing Grover's Quantum Search on a Para-Hydrogen based Pure State NMR Quantum Computer
我们演示了格罗弗的量子搜索算法的液体状态的核磁共振（NMR）量子计算机上使用基本上是纯态的实施。这是使用双量子位器件实现的，其中初始状态是由涉及仲氢的化学反应产生的一对1H核的基本上纯的（$ε=1.06\pm0.04$）单重核自旋状态。我们已经实现了Grover搜索，以找到满足函数的四个输入之一。
2004-07-13 quant-ph
Pulse controlled noise suppressed quantum computation
为了使任意精确的量子计算成为可能，量子计算机的实际实现将需要抑制量子存储器和门操作中的噪声，使其低于阈值。提出了一种基于量子计算机模型的量子计算噪声抑制方案，该方案不需要占用严格的量子计算资源。
1998-07-26 quant-ph
Fault-tolerant resource estimate for quantum chemical simulations: Case study on Li-ion battery electrolyte molecules
本研究针对锂离子电池电解质分子的容错量子化学模拟，估算融合式光子量子计算方案的资源需求，提出多魔态工厂并行制备及同步消耗魔态的架构与算法，可在不增占地的前提下将运行时间降低一个数量级。
2023-05-05 quant-ph
Quantum Computer Condition: Stability, Classical Computation and Norms
量子计算机条件（QCC）提供了一个严格和完全通用的框架，用于分析与量子计算机中的容错有关的问题。在本文中，我们应用QCC的波动和系统误差的问题，在现实系统中的特征参数的值。我们表明，容错量子计算是可能的，尽管这些参数的变化。我们还使用QCC明确表明，可靠的经典计算可以进行作为输入的容错，但不完美的，量子计算的结果。最后，我们考虑的优点和缺点的超算子和钻石规范与应用程序的QCC各种量子信息理论问题。
2005-11-17 quant-ph
Measuring the Mermin-Peres magic square using an online quantum computer
我们已经实现了Mermin-Peres幻方的六个系列的三个交换测量在线，五个量子比特，量子计算机上。幻方测试系统的测量是否可以通过物理现实主义（在EPR意义上）来描述，同时是非上下文的。我们发现，我们的测量结果违反任何现实和非上下文模型的近28个标准差。我们还发现，尽管我们用于测量的量子计算机在产生准确和可重复的结果方面还有很多需要改进的地方，但简单性，重新运行测量程序的容易性以及用户友好性弥补了这一事实。
2020-09-22 quant-ph
Quantum Chemistry Calculations using Energy Derivatives on Quantum Computers
量子化学计算，如分子性质的预测和化学反应的建模，是近期量子计算机可以展示量子优势的几个关键领域。基于变分量子本征求解器（VQE），提出了一种计算基态和激发态能量对化学体系参数的能量导数的方法.设计了一种混合变分范式下的量子线路的低深度实现，并分析了其计算代价。通过将该方法应用于能量衍生物的量子化学关键应用中，如H $_2$分子的最小能量构型搜索和分子响应性质估计，以及H $_2$ + H $\leftrightarrow$ H + H $_2$反应的过渡态的寻找，展示了该方法的有效性.所得到的结果示出与它们各自的全组态相互作用（FCI）值是完全一致的。
2021-06-10 physics.chem-ph quant-ph
Simulation of a Diels-Alder Reaction on a Quantum Computer
本研究利用量子算法与经典后处理相结合，在IBM量子硬件上模拟Diels-Alder反应，准确计算了环戊二烯与乙烯反应的活化能垒，展示了近期量子设备在化学研究中的潜力。
2024-03-12 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Really Small Shoe Boxes - On Realistic Quantum Resource Estimation
可靠的资源估计和量子算法的基准测试是各种规模量子计算机的可行量子应用程序开发周期的关键组成部分。确定算法中的关键资源瓶颈，特别是当需要资源密集型纠错协议时，对于降低在实际量子硬件上实现可行算法的成本至关重要。
2019-02-21 cs.ET quant-ph
Disentangling Hype from Practicality: On Realistically Achieving Quantum Advantage
本文指出，小数据问题和具有超二次加速的量子算法是实现实际量子优势的关键，并据此区分了量子计算的有前景应用与应采用经典方案的应用，强调其在材料科学和化学领域的巨大潜力。
2023-07-02 cs.DS cs.PF physics.pop-ph
Quantum Neural Network Inspired Hardware Adaptable Ansatz for Efficient Quantum Simulation of Chemical Systems
变分量子本征求解器是在噪声中等尺度量子计算机（NISQ）上求解薛定谔方程的一种很有前途的方法，但它的成功依赖于设计良好的波函数解算器。与物理激励的ansatzes相比，硬件启发式ansatzes通常会导致较浅的电路，但对于NISQ器件来说仍然可能太深。受量子神经网络的启发，我们提出了一种新的硬件启发式算法，通过引入辅助量子比特可以显着降低电路深度，这使得在当前可用的量子计算机上对具有20多个原子的化学反应进行实际模拟成为可能。更重要的是，通过增加电路的深度或宽度，可以提高这种新的模拟器的可表达性，从而使其能够适应不同的硬件环境。这些结果为在NISQ时代发展量子计算的实际应用开辟了新的途径。
2023-01-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Accuracy and Resource Estimations for Quantum Chemistry on a Near-term Quantum Computer
化学反应性的研究和预测是分子量子化学最重要的应用领域之一。大规模的、完全容错的量子计算机可以为潜在的电子结构问题提供精确或接近精确的解决方案，而比经典计算机的工作量要少得多，从而能够对超大分子系统进行高度精确的预测。然而，在不久的将来，只有数量有限的量子位的“噪声”设备才能受到退相干的影响。对于这样的近期量子计算机的混合量子经典变分量子本征求解器算法结合幺正耦合簇分析（UCCSD-VQE）已成为一个集中讨论的方法，可以提供准确的结果之前的曙光容错量子计算。在这项工作中，我们提出了一个UCCSD-VQE的实现，允许第一次处理开壳和闭壳分子。我们研究了九个小分子系统以及四个示例性的化学反应，通过比较成熟的电子结构方法，如（非单一）耦合簇和密度泛函理论的能量的准确性。最后，我们粗略估计了所需的量子硬件资源，以获得“有用的”结果，用于实际目的。
2019-08-14 physics.chem-ph quant-ph
Simulating Energy Transfer in Molecular Systems with Digital Quantum Computers
量子计算机有潜力模拟超出经典计算机能力的化学系统。量子-经典混合方法的最新发展使得能够确定分子系统的基态或低能态。在这里，我们通过模拟有机半导体分子中的能量转移，将化学的近期量子模拟扩展到时间依赖性过程。我们开发了一个多尺度建模工作流程，将传统的分子动力学和量子化学模拟与混合变分量子算法相结合，以计算单激发子空间（即Frenkel Hamilton）和全希尔伯特空间（即多激子）区域中的激子动力学。我们的数值例子证明了我们的方法的可行性，和IBM Q设备上的模拟捕捉激子动力学的定性行为，但有相当大的误差。我们提出了一个错误缓解技术，结合变分和Trotter算法的实验结果，并获得显着改善量子动力学。我们的方法为用量子计算机模拟化学、生物和材料系统中的量子动力学开辟了新的机会。
2021-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Leveraging small scale quantum computers with unitarily downfolded Hamiltonians
在这项工作中，我们提出了一种基于驱动相似性重整化群（QDSRG）的量子么正向下折叠形式主义，该形式主义可以与量子算法相结合，用于有噪硬件和容错硬件。QDSRG是一种经典的多项式尺度下折方法，避免了昂贵的三体和三体以上的约化密度矩阵的评估，同时保留了经典的多参考多体理论的准确性。我们校准和测试QDSRG几个具有挑战性的化学问题，并提出了一种策略，以避免经典的指数缩放步骤中的QDSRG计划。我们报告QDSRG计算的两个化学系统使用变分量子本征求解器IBM量子设备上：i）H $_2$的解离曲线使用五重$ζ$基础和ii）双环丁烷异构化反应$trans$ -丁二烯，证明减少的问题，需要几百个量子位到一个量子位。我们的工作表明，QDSRG是一种可行的方法，利用近期量子器件的分子性质的准确估计。
2022-08-18 physics.chem-ph quant-ph
Ground-state energy estimation of the water molecule on a trapped ion quantum computer
量子计算利用叠加和纠缠的量子资源来有效地解决经典计算机难以解决的计算问题。示例包括计算分子和原子核结构、模拟强相互作用的电子系统以及对材料功能的各个方面进行建模。虽然在将这些问题映射到量子算法方面已经取得了实质性的理论进展，但解决这些问题的资源需求与当前可用的量子硬件的能力之间仍然存在很大的差距。弥合这一差距将需要一种协同设计的方法，在这种方法中，算法的表达与硬件本身一起开发，以优化执行。在这里，我们描述了一个可扩展的协同设计框架，用于解决化学问题的捕获离子量子计算机，并应用它来计算水分子的基态能量。捕获离子量子计算机的稳健操作产生能量估计，其误差接近化学精度，这是预测化学反应动力学速率所需的目标阈值。
2019-03-07 cs.ET quant-ph
Two spin measurements in exchange interaction quantum computers
提出并分析了一种在耦合量子点或施主杂质结构中对双电子系统总自旋进行Single Shot测量的方法，该方法可用于量子计算机的读出.自旋可以通过附近的静电计观察两个位置之间电荷的自旋相关波动来推断。现实的实验参数表明，测量的保真度可以大于0.9999与现有的或不久的将来的技术。
2004-11-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimized Compilation of Aggregated Instructions for Realistic Quantum Computers
The University of Chicago（芝加哥大学）
工程和算法的最新发展使量子计算在不久的将来成为可能。现有的量子编程语言和编译器使用由1-和2-qubit（量子位）门组成的量子汇编语言。量子编译器框架将此量子集合转换为电信号（称为控制脉冲），这些电信号在特定的物理设备上实现指定的计算。然而，由1和2量子位逻辑ISA定义的操作与其底层物理实现之间存在不匹配，因此目前将逻辑指令直接转换为控制脉冲的做法导致效率低下，高延迟程序。为了解决这种效率低下的问题，我们提出了一种通用的量子编译方法，将多个逻辑运算聚合到更大的单元中，一次操作多达10个量子位。然后，我们的方法通过以下方式优化这些聚合：（1）找到可交换的中间操作，从而实现更有效的调度;（2）创建针对聚合优化的自定义控制脉冲（而不是单独的1量子位和2量子位操作）。与标准的基于门的编译相比，所提出的方法实现了高级量子软件和低级物理量子硬件的更深层次的垂直集成。我们评估我们的方法对重要的近期量子应用超导量子架构的模拟。我们提出的方法提供了一个平均的$5\times$的加速比，最大值为$10\times$。由于延迟直接影响量子计算的可行性，我们的结果不仅提高了性能，而且有可能比其他方式更快地实现量子计算。
2019-02-17 cs.CL quant-ph
An adaptive variational algorithm for exact molecular simulations on a quantum computer
化学体系的量子模拟是量子计算机近期最有前途的应用之一。变分量子本征求解器是一种在量子硬件上进行分子模拟的领先算法，它具有严重的局限性，因为它通常依赖于预先选择的波函数计算器，从而得到近似的波函数和能量。在这里，我们提出了一个任意精确的变分算法，而不是固定一个anonymous的前期，该算法的增长，它系统地一个操作员在一个时间的方式所规定的分子被模拟。这会产生一个具有少量参数的模拟器，从而导致浅深度电路。我们提出了数值模拟，包括一个原型的强相关分子，这表明我们的算法比一个单一的耦合簇的方法，在电路深度和化学精度方面表现得更好。我们的研究结果突出了我们的自适应算法的潜力，与当今和近期的量子硬件精确模拟。
2019-07-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
