Strategies for quantum computing molecular energies using the unitary coupled cluster ansatz
变分量子本征求解器（VQE）算法将量子计算机高效计算期望值的能力与经典优化例程相结合，以近似量子系统的基态能量。本文研究了VQE在酉耦合团簇（UCC）模拟分子能量中的应用。我们引入了新的策略，以减少电路深度的UCC的实施和提高优化的波函数的基础上有效的经典近似的集群振幅。此外，我们提出了一种分析方法来计算的能量梯度，降低了几个数量级的梯度估计的采样成本相比，数值梯度。我们说明了我们的方法与四个氢原子，表现出强相关性的系统的数值模拟，并表明，电路深度的VQE使用UCC ananomaly可以减少而不引入显着损失的准确性在最终的波函数和能量。
2018-02-10 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
Reinforcement learning for optimization of variational quantum circuit architectures
University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Leiden University（莱顿大学）
变分量子本征求解器（VQE）的研究近年来一直是人们关注的焦点，因为它们可能会导致近期量子器件的实际应用。然而，它们的性能取决于所使用的变分模拟器的结构，这需要平衡相应电路的深度和表现力。近年来，已经引入了各种VQE结构优化方法，但机器学习的能力，以帮助这个问题还没有得到充分的研究。在这项工作中，我们提出了一种强化学习算法，自主探索可能的ansze空间，识别仍然产生准确的地面能量估计的经济电路。该算法是内在的动机，它逐步提高结果的准确性，同时最大限度地减少电路深度。我们展示了我们的算法估计氢化锂（LiH）的基态能量的问题上的性能。在这个著名的基准问题中，我们实现了化学精度，以及电路深度方面的最新结果。
2021-03-30 cs.AI quant-ph
Improved parameter initialization for the (local) unitary cluster Jastrow ansatz
本文提出两种改进方法，通过压缩双分解和近似张量网络模拟提升局部单元簇贾斯特row变分方案参数初始化的精度和样本质量。
2025-11-27 quant-ph
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 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
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
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
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
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
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
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
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
Coarse-grained spectral projection (CGSP): a deep learning-assisted approach to quantum unitary dynamics
Princeton University（普林斯顿大学）
我们提出了粗粒度谱投影方法（CGSP），这是一种深度学习辅助方法，用于解决量子幺正动力学问题，重点是淬火动力学。我们证明了CGSP可以利用复杂的神经网络量子模拟系统地提取多体量子态的光谱分量。CGSP充分利用了量子动力学的线性幺正性质，在遍历动力学方面可能优于其他量子蒙特卡罗方法。对周期边界条件下的一维XXZ模型进行了初步的数值计算，验证了CGSP的实用性。
2020-11-04 cond-mat.dis-nn cs.LG 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
Local Unitary Equivalence of Multi-qubit Mixed quantum States
提出了在局域幺正操作下对多比特量子态进行完全分类的可计算判据。该判据可以用来判断多量子比特系统中两个量子态是否局域幺正等价。一旦得到了肯定的答案，我们就能够进一步精确地计算相应的酉算子。由于该方案是基于某些量子力学观测量的平均值，它提供了一种判断量子态局域等价性的实验方法。
2014-06-24 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
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
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
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
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
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
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
Exact closed-form expression for unitary spin-adapted fermionic singlet double excitation operators
本文推导了反厄米自旋适应单重态双激发费米子算符矩阵指数的精确闭式表达式，使其能在面向传统硬件的酉积态框架中高效实现，并保证拟设收敛到特定自旋对称性，为量子设备构建自旋适应电路奠定基础。
2025-05-01 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
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
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
Bargmann invariants and local unitary equivalence
Dalian University of Technology（大连理工大学）
研究\(\mathbb{C}^n\otimes\mathbb{C}^n\)上量子态的局部酉等价性，\(n = 2\)时两量子比特态局部酉轨道由局部酉巴尔加门不变量确定，而\(n\geqslant 3\)时该不变量不构成完备不变量，否定了L. Zhang和B. Xie的问题。
2026-07-21 math.OA 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
Calculating Unknown Eigenvalues with a Quantum Algorithm
当在量子计算机上实现时，量子算法能够比传统算法以指数速度解决特定问题。然而，迄今为止的所有演示都需要已经知道答案来构建算法。我们已经实现了完整的量子相位估计算法的一个单一的量子比特幺正，其中的答案是由算法计算。我们使用一种新的方法来实现控制酉操作，这是大多数量子算法的核心，更有效，不需要知道酉的本征值。这些结果指出了有效的量子模拟和量子精密测量的应用程序在短期内，并在长期的大数字分解的方式。这种方法是架构独立的，因此可以在其他物理实现中使用。
2011-10-19 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
Optimization schemes for unitary tensor-network circuit
讨论了具有不同网络结构的酉张量网络电路的变分优化问题。该方法是基于多尺度纠缠重整化算法的推广和具有有效线搜索的共轭梯度法。通过研究强无序磁场中的海森堡模型和张量网络$QR$分解，给出了不同网络结构的基准计算。
2021-03-30 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Does Unitary Measurement Theory Lead to an Everettian Interpretation?
本文研究了幺正预测量理论[1]对完全测量（包括对象化或坍缩）的量子力学解释的影响，以期对标题中的问题给出肯定的回答。有人认为，玻尔和冯诺依曼的想法导致那些埃弗雷特。因此，在某种意义上，后者可以被认为是前两种方法的延续和阐述。强调了埃弗雷特理论中相对性思想的重要性。为了将相对状态理论从其古典性和主观观察的根源中解放出来，本文概述了埃弗雷特理论的一般或展开版本。
2015-10-19 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
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
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
A graph theoretical approach to states and unitary operations
在我们以前的工作的基础上，量子态的无符号拉普拉斯矩阵的图形表示，我们提出了以下问题。如果一个局域幺正操作被应用到一个量子态上，由一个无符号的拉普拉斯矩阵表示，那么对应的图是什么？如何用图形实现局域幺正变换？我们回答这个问题，通过发展的概念，当地酉等价图。我们说明了我们的方法由几个，众所周知的，单量子位泡利和阿达玛门实现的本地酉变换。我们还展示了如何图切换可以用来实现的CNOT门的行动，从而在图形化的描述贝尔状态生成。
2016-07-28 math-ph math.MP quant-ph
Unitary Coupled Cluster: Seizing the Quantum Moment
Emory University（埃默里大学）
本文提出利用非迭代能量校正方法，通过更紧凑的量子电路实现更准确的计算化学模拟，提升对噪声的鲁棒性。
2023-05-01 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
Optimal universal programming of unitary gates
通用量子处理器（英语：Universal quantum processor）是一种将（量子）程序作为输入的设备，该程序包含任意幺正门的编码和（量子）数据寄存器，编码门应用于该寄存器。虽然不存在完美的通用量子处理器，但在过去的二十年里，近似处理器已经被提出。一个基本的开放问题是最小量子程序的大小如何与近似误差成比例。在这里，我们回答这个问题，通过证明一个边界的大小的程序和设计一个具体的协议，达到了在渐近极限的约束。我们的结果是基于最佳规划和海森堡极限之间的连接量子精密测量，并建立了一个渐近等价的编程，学习和估计酉门的任务。
2021-02-04 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
Momentum-Space Unitary Coupled Cluster and Translational Quantum Subspace Expansion for Periodic Systems on Quantum Computers
我们演示了使用变分量子本征求解器（VQE）来模拟固态晶体材料。我们适应的酉耦合集群anananterior周期性的边界条件，在现实空间和动量空间表示，并直接映射复杂的集群运营商的量子线路anterior，以利用减少数量的激发运营商和哈密顿条款，由于动量守恒。为了进一步减少所需的量子资源，如UCCSD振幅的数量，电路深度，所需的量子位数和测量电路的数量，我们研究了平移量子子空间扩展方法（transQSE）的周期性哈密顿量的本地化表示。此外，我们还展示了基于点群对称性的量子比特渐变方法的周期性系统的扩展。我们比较的精度和计算成本的一系列的几何形状的一维链的二聚氢，氦和氢化锂的动量空间网格点的数量不断增加，并证明VQE计算的二维和三维氢和氦晶格。我们提出的策略，使近期量子硬件的使用进行固态模拟与变分量子算法。
2021-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Approximating Unitary Preparations of Orthogonal Black Box States
在本文中，我朝着回答以下问题迈出了一步：对于计算m个正交n量子比特状态的m个不同的小电路，是否有一个小电路将m个计算基态映射到这m个状态，而不需要任何输入，留下任何辅助比特改变。虽然这看起来很简单，但在任何输入（即使是我们关心的m以外的输入）上，辅助位总是返回到0的约束使我使用了复杂的技术。我给出了这样一个酉在m = 2的情况下，在近似误差中具有大小多项式的近似，以及量子比特数n。
2019-06-23 cs.CC 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
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
Extension of the Trotterized Unitary Coupled Cluster to Triple Excitations
本文提出在Trotter化UCCSD中引入三重激发并利用自旋与轨道对称性构建UCCSDT，数值实验表明其精度较UCCSD提升至少两个数量级，达到化学精度并与CCSD(T)相当。
2023-03-17 physics.chem-ph 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
Unitary Channel Testing Under a Depolarizing Noise Assumption
University of Warwick（华威大学）
提出在去极化噪声假设下的最优算法，用于测试黑盒量子信道是否与目标酉信道相同或ε-远，查询复杂度为Θ(1/ε)，并给出匹配下界。
2026-06-09 quant-ph
AGP-based unitary coupled cluster theory for quantum computers
电子结构方法通常受益于对称性破缺和恢复，特别是在强相关区域。量子计算机上的Ansätze也是如此。我们发展了一个酉耦合团簇方法反对称化的孪幂（AGP）-一个国家正式相当于数投影Barning-Cooper-Schrieffer波函数。我们证明了我们的方法在一个和两个维度的单带费米-哈伯德哈密顿量。我们还探讨后选择作为一个状态准备步骤，以获得相关的AGP，并证明它的规模不差于$\mathcal{O}(\sqrt{M})$在测量的数量，从而使其成为一个更便宜的替代规范集成恢复粒子数对称性。
2022-09-23 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
Geometric Analysis of Variational Quantum Eigensolver
Michigan Institute for Computational Discovery and Engineering, Department of Electrical Engineering and Computer Science and Department of Statistics, University of Michigan（密歇根大学计算发现与工程研究所、电气工程和计算机科学系以及统计学系）
本文通过无拟设的乘积酉群几何框架，统一分析变分量子本征求解器（VQE）的优化景观、初始化保证和噪声鲁棒性，揭示了贫瘠高原现象的几何成因，并证明系数自适应分配在有限测量下比均匀采样具有更低的统计误差。
2026-05-27 eess.SP math.OC 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
Noise-aware variational eigensolvers: a dissipative route for lattice gauge theories
提出一种结合耗散与幺正操作的变分拟设，用于$\mathbb{Z}_2$格点规范理论基态制备，在电路深度不随系统尺寸扩展的情况下实现高精度能量预测，并在电路级噪声下评估了其在近期量子设备上的可行性。
2024-08-27 hep-lat hep-th quant-ph
