Quantum computing hardware in the cloud: Should a computational chemist care?
在过去的十年中，基于各种物理系统的量子计算硬件的实验实现取得了很大进展。快速的进步是因为人们相信，足够强大的量子机器将在包括化学研究在内的许多领域带来巨大的计算优势。一台能够模拟复杂分子电子结构的量子计算机将改变新药物和新材料设计的游戏规则。鉴于这项技术的潜在影响，化学界需要跟上最新的发展，并参与量子原型的实验。为了促进这一点，我们在这里回顾了通过云服务向公众提供的量子计算硬件类型。我们专注于三种架构，即超导体，囚禁离子和半导体。对于每一个，我们总结了基本的物理操作，要求和性能。我们讨论在何种程度上每个系统已被用于分子化学问题，并强调最紧迫的硬件问题，以解决化学相关的量子优势，最终出现。
2021-05-31 quant-ph
Emerging quantum computing algorithms for quantum chemistry
数字量子计算机为求解各种多粒子系统的薛定谔方程提供了一个计算框架。用于这些系统的量子模拟的量子计算算法最近已经见证了显著的增长，尽管现有量子硬件的限制，特别是作为分子中的电子结构计算的工具。在这篇综述中，我们提供了一个独立的介绍新兴的算法模拟的哈密顿动力学和本征态，重点是它们的应用，在分子系统中的电子结构。的理论基础和实施细节的方法进行了讨论，其优点，局限性和最新进展。
2021-11-13 quant-ph
Parallel iQCC Enables 200 Qubit Scale Quantum Chemistry on Accelerated Computing Platforms Surpassing Classical Benchmarks in Ruthenium Catalysts
OTI Lumionics Inc.（OTI Lumionics公司）
并行iQCC方法在200量子位规模上实现量子化学计算，超越经典基准，推动NISQ路线图的进展。
2026-03-09 physics.chem-ph quant-ph
Quantum algorithms for quantum chemistry and quantum materials science
当我们开始达到经典计算的极限时，量子计算已经成为一种吸引科学界想象力的技术。虽然多年来，执行量子算法的能力只是一种理论上的可能性，但硬件的最新进展意味着量子计算设备现在可以在有限的规模上进行量子计算。因此，评估量子计算机对实际问题的潜在影响现在是一种真正的可能性，并且在这个时候具有核心重要性。量子计算机最早和最引人注目的应用之一是费曼模拟具有多个自由度的量子系统的想法。这样的系统在化学、物理和材料科学中都可以找到。量子计算扩展经典计算的特定方式意味着人们不能期望量子计算机加速任意模拟，因此必须仔细识别可以实现量子优势的领域。在这篇综述中，我们简要地描述了在化学和材料科学，在电子结构，量子统计力学和量子动力学领域的中心问题，是潜在的兴趣在量子计算机上的解决方案。然后，我们详细介绍了基态，动力学和热态模拟量子算法的当前进展，并分析了它们的优缺点，以供未来发展。
2020-07-11 cond-mat.other physics.chem-ph quant-ph
Quantum computing for chemistry and physics applications from a Monte Carlo perspective
本文从Monte Carlo视角探讨了量子算法与Monte Carlo方法在物理和化学领域的交叉，分析了将量子Monte Carlo集成到量子算法中的挑战与机遇，并回顾了利用量子硬件加速经典统计模型采样的新思路。
2023-08-22 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.chem-ph
A backend-agnostic, quantum-classical framework for simulations of chemistry in C++
本文提出XACC系统级量子计算框架，作为在异构量子-经典平台上开发化学应用的原型设计、开发和部署平台，并展示其实现的最先进化学算法及相关API。
2021-05-04 physics.chem-ph quant-ph
A Perspective on Quantum Computing Applications in Quantum Chemistry using 25--100 Logical Qubits
NVIDIA Corporation（英伟达公司）；Yale University（耶鲁大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）
本文探讨了25-100个逻辑量子比特量子计算机在量子化学中的应用前景，分析了量子计算在模拟复杂化学系统中的独特优势及潜在贡献。
2025-09-30 quant-ph
Unleashed from Constrained Optimization: Quantum Computing for Quantum Chemistry Employing Generator Coordinate Inspired Method
本文提出一种基于生成坐标方法的自适应量子-经典策略，利用UCC激发生成器构建多体基组，绕过贫瘠高原问题，实现强关联量子化学体系的高效模拟。
2025-03-25 quant-ph
Foundations of Quantum Information for Physical Chemistry
本文基于量子力学数学表述，回顾量子信息中基础但易误解的概念，如量子比特、密度矩阵、量子测量、信息理论和纠缠，并阐明其严格定义及在物理化学中的应用示例。
2023-11-20 physics.chem-ph quant-ph
Benchmarking Quantum Chemistry Computations with Variational, Imaginary Time Evolution, and Krylov Space Solver Algorithms
噪声中尺度量子（NISQ）计算的快速发展强调了测试和评估新设备和应用的必要性。量子化学是这些器件的关键应用领域，因此是当前和未来量子计算机性能的重要基准。在这一领域的以前的基准集中在变分方法计算各种分子的基态和激发态，包括基准测试套件集中在计算基态的性能为碱金属下的一系列的错误缓解方法。在这里，我们概述了最先进的方法，以达到化学准确性的混合量子经典电子结构计算碱金属氢化物分子的NISQ设备从IBM。我们演示了如何扩大范围的变分特征值求解器与新的对称性保持Ansätze。接下来，我们将概述如何使用量子虚时间演化和Lanczos作为变分技术的补充方法，突出每种方法的优点。最后，我们展示了一种新的误差缓解方法，它使用系统误差消除通过隐藏的逆门结构，提高了典型的变分算法的性能。这些结果表明，电子结构计算已经迅速发展，从几年前在量子计算机上开始，简单分子的常规化学准确性，并且随着NISQ设备的功率增长，它们指向更大分子的进一步快速进展。
2021-02-16 physics.chem-ph 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
Pushing the Limits of Quantum Computing for Simulating PFAS Chemistry
本文构建集成HPC模拟器与IonQ Aria囚禁离子量子计算机的端到端VQE流水线，模拟PFAS中TFA的碳—氟键断裂，11量子比特模型达到毫Hartree精度。
2023-11-02 cs.CE quant-ph
Symmetry Dilemmas in Quantum Computing for Chemistry: A Comprehensive Analysis
Emory University（埃默里大学）
本文分析了量子化学中对称性适应与通用性之间的矛盾，通过理论和数值模拟探讨了不同操作池对称性要求与通用性之间的平衡。
2025-12-13 physics.chem-ph quant-ph
AEGISS -- Atomic orbital and Entropy-based Guided Inference for Space Selection -- A novel semi-automated active space selection workflow for quantum chemistry and quantum computing applications
Algorithmiq S.r.l.（Algorithmiq有限公司）；University of L’Aquila（拉奎拉大学）；Cleveland Clinic Research（克利夫兰诊所研究）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜斯·萨拉姆理论物理国际中心（ICTP））
针对多参考量子化学计算中活性空间选择问题，提出受AVAS和AutoCAS启发的新方法，结合轨道熵分析与原子轨道投影构建活性空间，经验证适用于经典和量子计算框架，还开发出便于使用且可对接多种应用的软件包。
2026-07-16 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
A Study on the basics of Quantum Computing
文章被删除了。
2007-01-11 quant-ph
A Full Quantum Eigensolver for Quantum Chemistry Simulations
量子化学的量子模拟是量子计算最引人注目的应用之一。它在材料科学、生物化学和凝聚态物理等领域特别重要。在这里，我们提出了一个完整的量子本征解算器（QUE）算法计算分子的基态能量和电子结构使用量子梯度下降。与现有的经典-量子混合方法如变分量子本征求解器（VQE）相比，该方法去除了经典优化器，在量子计算机上进行计算，具有更快的收敛速度.梯度下降迭代深度具有有利的复杂度，该复杂度在数学上取决于系统大小和精度的倒数。此外，利用微扰理论计算中间矩阵元，可以进一步简化微扰方程，得到满足化学应用要求的精度结果。完整的量子本征解算器可以在近期量子计算机上实现。随着量子计算硬件的快速发展，量子计算环境为解决量子化学问题提供了一种高效而强大的工具。
2020-02-22 quant-ph
Molecular polaritons for controlling chemistry with quantum optics
这是一个分子极化激元领域的教程式介绍。我们描述了嵌入在紫外可见或红外腔中的分子系综常见的强光-物质耦合的基本物理原理和后果。使用微观量子电动力学制剂，我们讨论了分子系综的集体合作偶极响应和分子通常经历的局部动力学过程，包括化学反应之间的竞争。我们强调了线性透射光谱中局部效应和集体效应之间竞争的一些可观察到的后果，包括在分子密度和不可区分性的特定条件下量子力学理论和经典转移矩阵方法之间的形式等效性。我们还概述了最近的实验和理论发展的强和超强耦合与电子和振动跃迁，特别关注腔改性化学和红外光谱下的振动强耦合。最后，我们提出了几个进一步研究的机会，可能会导致新的应用在化学和电磁传感，能量转换，光电子学，量子控制和量子技术。
2019-11-12 physics.chem-ph 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
Integrated Software/Hardware Execution Models for High-Accuracy Methods in Chemistry
本研究针对量子化学高精度方法的计算资源优化问题，提出结合Micron CXL硬件与AQE云计算的混合DMRG-DUCC工作流方案，并验证了ExaChem套件在原型系统上的性能。
2025-09-15 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
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
Simulating quantum chemistry in the seniority-zero space on qubit-based quantum computers
精确的量子化学模拟仍然具有挑战性的经典计算机上的问题，工业相关的规模和有理由希望，量子计算可能有助于推动什么是技术上可行的边界。虽然变分量子本征求解器（VQE）算法已经可以将有噪声的中间尺度量子（NISQ）设备变成有用的机器，但人们必须尽一切努力尽可能有效地使用稀缺的量子资源。我们结合了所谓的资深零，或配对电子，近似计算量子化学与技术模拟分子化学门为基础的量子计算机，并获得一个非常资源有效的量子模拟算法。虽然通过配对电子近似失去了一些准确性，但我们表明，使用释放的量子资源来增加基组可以导致更准确的结果，并将所需的量子计算运行次数减少几个数量级，已经用于像氢化锂这样的简单系统。我们还讨论了一个错误缓解计划的基础上后选择，显示出一个有吸引力的缩放时，考虑给定的哈密顿格式，增加其NISQ实现的可行性。
2020-11-30 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
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
Disorder enhanced vibrational entanglement and dynamics in polaritonic chemistry
已证明将分子系综集体耦合到腔体以修改类似于催化的化学反应。从理论上理解这一实验发现仍然是一个重要的挑战。特别是量子效应在这样的设置中的作用是一个基本的和实际的兴趣的开放问题。理论描述往往忽略了原子核自由度和电子光子自由度之间的量子纠缠，例如~通过计算狂欢节的动力学在这里，我们发现，在非相干光激发后，无序可以强烈地增强这种纠缠在短时间尺度上的建立。我们发现，这可以有直接的后果反应坐标动力学。我们分析这种现象在一个无序的Holstein-Tavis-Cummings模型，一个最小的玩具模型，包括所有的基本自由度。使用基于矩阵乘积态的数值技术，我们模拟了100多个分子的精确量子动力学。我们的研究结果突出了超越玻恩-奥本海默理论在极化激元化学中的重要性。
2021-11-16 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Eigenvector Continuation for Chemistry Applications
本文提出用量子本征向量延拓方法，利用少数本征态作为基底快速构建分子势能面，在多种分子上验证了其高效性，可显著节省量子计算资源。
2023-09-25 physics.chem-ph quant-ph
QDK/Chemistry: A Modular Toolkit for Quantum Chemistry Applications
Microsoft Quantum（微软量子）
QDK/Chemistry提供模块化架构，整合量子与经典计算，支持跨来源方法组合，助力可重复量子化学实验
2026-01-21 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Gate count estimates for performing quantum chemistry on small quantum computers
随着量子计算技术的改进以及具有N > 100个量子比特的小但非平凡数量的量子计算机在不久的将来似乎是可行的，小型量子计算机的可能应用的问题变得重要。一个经常提到的应用是费曼最初提出的模拟量子系统的建议，特别是分子和材料的电子结构。在本文中，我们分析了在量子计算机上执行量子化学的标准算法之一的计算要求。我们关注的是找到一个分子的基态所需的量子资源，这个分子是当前经典计算机所能精确求解的分子的两倍。我们发现，虽然这样的问题需要在当前技术的量子位的数量上增加大约10倍，但可以相干执行的门的数量所需的增加要大很多个数量级。这表明，要使量子计算对量子化学问题有用，需要对算法进行大幅改进。
2014-07-11 physics.chem-ph quant-ph
MiqroForge: An Intelligent Workflow Platform for Quantum-Enhanced Computational Chemistry
本文提出智能跨尺度平台MiqroForge，通过集成量子计算能力，结合AI驱动的动态资源调度与可视化界面，降低入门门槛并优化计算效率，促进经典与量子计算领域的协作。
2025-08-11 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
TFermion: A non-Clifford gate cost assessment library of quantum phase estimation algorithms for quantum chemistry
量子相位估计是用于量子化学的最有用的量子计算算法之一，并且因此，已经致力于设计有效的实现。在这篇文章中，我们介绍TFermion，一个库，旨在估计T门成本的算法，为任意分子。作为使用的例子，我们估计了几个简单分子的T门成本，并比较了相同的泰勒算法使用高斯和平面波的基础。
2022-07-13 quant-ph
Considerations for evaluating thermodynamic properties with hybrid quantum-classical computing work-flows
量子计算机上的量子化学应用目前严重依赖于变分量子本征求解器（VQE）算法。这种量子-经典混合算法基于变分原理求解分子系统的基态解。VQE计算可以系统地实现对每个分子自由度的扰动，生成分子的Born-Oppenheimer势能面（PES）。然后，PES可以用于获得热力学性质，这通常是化学工程和材料设计中的应用所需的。从这个过程中可以清楚地看出，除了可以使用量子计算机执行的步骤之外，量子化学应用还包含大量的经典计算组件。为了设计充分利用每种硬件类型的高效工作流程，关键是要考虑整个过程，以便在计算热力学性质的过程中不会浪费来自量子计算的高精度电子能量。本文总结了量子-经典混合方法计算热力学性质的工作流程。该工作流程包含许多选项，这些选项可能会显著影响结果的效率和准确性，包括经典优化器属性、重复次数以及如何求解振动薛定谔方程以确定振动模式。我们还通过采用稳健的统计数据以及在实际量子硬件上的模拟和实验来分析这些选项的影响。我们表明，通过仔细选择的工作流程选项，几乎数量级的准确性增加是可能的，在同等的计算时间。
2021-08-06 physics.chem-ph quant-ph
Quantum-Inspired Ising Machines for Quantum Chemistry Calculations
Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）
本研究展示了一种量子启发算法，通过相干伊辛机和模拟分叉算法高效计算H₂和H₂O的电子能级图，显著提升计算速度。
2026-02-14 quant-ph
Chemical Basis of Trotter-Suzuki Errors in Quantum Chemistry Simulation
虽然量子化学的模拟是量子计算最令人期待的应用之一，但这些算法复杂性的已知上限的缩放是令人生畏的。先前的工作有界误差，由于Trotterization在误差算子的范数和分析缩放相对于自旋轨道的数量。然而，我们发现，这些误差范围可以松散的一些分子高达16个数量级。此外，小系统的数值结果未能揭示任何明确的基态误差和自旋轨道数之间的相关性。相反，我们认为化学性质，如分子中的最大核电荷和轨道的填充分数，可以决定量子模拟的成本。我们的分析激发了几种策略，使用经典处理，以进一步减少所需的特罗特步长，并估计必要的步骤数，而不需要额外的量子资源。最后，我们证明了改进的方法，状态准备技术是渐近优于模拟文献中的建议。
2015-02-05 physics.chem-ph quant-ph
Ab Initio Polaritonic Chemistry on Diverse Quantum Computing Platforms: Qubit, Qudit, and Hybrid Qubit-Qumode Architectures
CNRS/Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Vrije Universiteit（自由大学）；Universiteit Leiden（莱顿大学）；Univ Montpellier, CNRS, ENSCM（蒙彼利埃大学）
本文探讨了在不同量子计算平台中实现极子化学计算的方法，发现混合量子比特-量子模态架构在资源效率和准确性方面表现最佳。
2025-06-18 quant-ph
Analog quantum chemistry simulation
高精度计算分子的电子结构是量子化学领域的一个核心挑战。尽管近似方法取得了巨大的成功，但用传统计算机精确地解决这个问题仍然是一项艰巨的任务。这引发了一些理论和实验上的努力，使用量子计算机来解决化学问题，并以数字方式完成了第一次原理证明。数字方法的一个有吸引力的替代方案是模拟量子模拟，它不需要可扩展的量子计算机，并且已经成功地应用于凝聚态物理问题。然而，所有可用或计划的设置都不能用于量子化学问题，因为不知道如何设计所需的库仑相互作用。在这里，我们提出了一种新的方法来模拟量子化学问题的模拟方式。我们的方法依赖于两种技术的精心组合：光晶格中的超冷原子和腔QED。在该模拟器中，在光学势中跳跃的费米子原子扮演电子的角色，附加的光学势提供核吸引力，而在莫特绝缘体上的单个自旋激发借助于腔模介导电子库仑排斥.我们还提供了模拟器的操作条件，并用一个简单的分子对其进行基准测试。我们的工作开辟了有效地计算电子结构的分子模拟量子模拟的可能性。
2020-10-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum Measurement for Quantum Chemistry on a Quantum Computer
本综述探讨了量子化学中量子测量技术的最新进展，重点介绍了变分量子本征求解器（VQE）的测量策略、激发态估算及误差缓解方法，并展望了基于量子相位估计（QPE）的未来方案。
2025-05-29 quant-ph
Spin-Based Quantum Computers made by Chemistry: Hows and Whys
这篇介绍性的评论讨论了试图从基于自旋的量子比特构建量子信息处理系统（如量子计算机）所面临的主要问题。我们强调使用化学方法的“自下而上”的尝试。解释了量子计算的基本原理，以及量子位和它们在物理自旋量子位方面的相互作用的描述。要克服的主要问题是退相干-这是如何工作的描述，以及如何抑制贡献的自旋浴和振荡器浴环境，并从偶极相互作用。最后，我们讨论了利用磁性分子和磁性离子制造基于化学的自旋量子比特的各种策略。
2008-10-23 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Chemistry as a Benchmark for Near-Term Quantum Computers
我们提出了一个量子化学基准的噪声中等规模的量子计算机，利用变分量子本征求解器，积极的空间减少，减少单一耦合集群anananterior，并减少密度纯化作为错误缓解。我们通过模拟碱金属氢化物（NaH、KH、RbH）在20量子位IBM Tokyo和16量子位Rigetti Aspen处理器上演示了该基准，计算的基态能量的准确性作为主要基准度量。我们进一步参数化这个基准套件的试验电路类型，对称性降低的水平，和错误缓解策略。我们的研究结果表明，在近期超导硬件中存在的特征性高噪声水平，但提供了一个相关的基础硬件的未来改进的基线，并在近期硬件类型的比较手段。我们还演示了如何减少噪声后处理与特定的错误缓解技术。特别地，噪声密度矩阵的McWeeny纯化的适应显著地提高了量子计算的准确性，这与可调节的活性空间一起显著地扩展了可访问的分子系统的范围。我们证明，对于特定的基准设置，当在某些量子计算机上通过云计算时，准确性度量可以达到化学准确性。
2019-05-04 physics.chem-ph quant-ph
Ab Initio Transcorrelated Method enabling accurate Quantum Chemistry on near-term Quantum Hardware
针对近期量子硬件资源有限的问题，提出基于跨相关方法的显式关联拟设，将波函数关联直接转移至哈密顿量，可使用更少量子比特在噪声器件上实现高精度量子化学计算。
2024-04-17 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-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
Overlap-ADAPT-VQE: Practical Quantum Chemistry on Quantum Computers via Overlap-Guided Compact Ansätze
本文提出 Overlap-ADAPT-VQE，通过最大化与中间目标波函数的重叠来构建超紧凑拟设，避免局部极小值问题，在强关联体系中显著降低电路深度，并为超越经典量子化学提供新路径。
2023-06-08 physics.chem-ph quant-ph
Folded Spectrum VQE : A quantum computing method for the calculation of molecular excited states
本文提出 FS-VQE，通过折叠谱与泡利分组扩展 VQE，以较低成本直接计算目标能量附近的分子激发态，并在 H₂ 和 LiH 上达到化学精度。
2024-02-29 physics.chem-ph 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
Basic Logic and Quantum Computing: Logical Judgements by an Insider Observer
我们考虑一个假设的观察者在量子计算机内部的逻辑断言，并执行可逆的量子测量，获得一对对称的新公理，仅在量子计算机内部有效。结果是，在这个逻辑框架中，对称性和次协调性成立。
2004-07-07 math-ph math.LO math.MP
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
HIVQE: Handover Iterative Variational Quantum Eigensolver for Efficient Quantum Chemistry Calculations
本文提出混合量子-经典算法HiVQE，利用NISQ硬件探索电子构型并由经典计算机无噪声计算波函数，以高效、准确地处理多参考量子化学问题。
2025-03-16 quant-ph
Spin-coupled molecular orbitals: chemical intuition meets quantum chemistry
本文提出包含自旋耦合自由基态的广义分子轨道理论，解决传统理论无法描述双自由基态和均裂键断裂的问题，并为量子计算化学克服初态重叠问题提供系统途径。
2024-02-13 physics.chem-ph physics.comp-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
Quantum computing for classical problems: Variational Quantum Eigensolver for activated processes
随机过程理论影响着物理科学和社会科学。在分子尺度上，由于热涨落的存在，随机动力学是普遍存在的。Fokker-Plank-Smoluchowski方程模拟了扩散状态下所选自由度的概率密度随时间的演化，因此它是物理化学的主力。在本文中，我们报告的发展和实施的变分量子本征求解器程序来解决Fokker-Planck-Smoluchowski本征值问题。我们表明，这样的算法，通常用于解决量子化学问题，可以有效地应用于经典系统铺平了道路，量子计算机的新应用。我们计算的构象转变率在线性链的转子经历最近邻相互作用。我们提供了一种方法来在量子计算机上编码链的给定构象的概率分布，并评估其在操作方面的可扩展性。噪声量子仿真器和量子设备（IBMQ圣地亚哥）的性能分析提供了一个小的链显示结果与经典的基准，没有进一步增加任何错误缓解技术的良好协议。
2021-07-27 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-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
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
Tangelo: An Open-source Python Package for End-to-end Chemistry Workflows on Quantum Computers
Tangelo [link：https：//github.com/goodchemistryco/Tangelo]是一个开源的Python软件包，用于在量子计算机上开发端到端的化学工作流，在Apache 2.0许可下发布。它旨在支持量子硬件上成功实验的设计，并促进量子算法开发的进步。该软件通过组装可重复使用的构建块和算法来快速探索不同的方法，并灵活地让用户介绍自己的方法。Tangelo是后端不可知的，可以在各种后端（Braket，Qiskit，Qulacs，Azure Quantum，QDK，Cirq...）之间切换。在代码中进行最小的更改。该软件包可用于探索量子计算应用，如开壳系统，激发态，或更多的工业相关系统，通过利用问题分解的规模。本文概述了Tangelo的设计选择、理念和主要功能。
2022-06-24 quant-ph
Efficient algorithms for quantum chemistry on modular quantum processors
The University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Wisconsin – Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出了一种在模块量子处理器上高效执行量子化学计算的分布式算法dUSCC，通过优化模块间门调度和利用分子结构减少延迟，实现了在弱纠缠系统中的高效计算。
2026-01-23 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Software-Hardware Co-Optimization for Computational Chemistry on Superconducting Quantum Processors
计算化学是近期证明量子计算优势的主要应用。然而，由于程序的计算资源需求与当今技术中可用的计算资源需求之间的不匹配，量子计算机上化学系统的大规模模拟目前受到阻碍。在本文中，我们认为，显着的新的优化，可以发现通过共同设计的应用程序，编译器和硬件。我们表明，多个优化目标可以通过泡利字符串，这是计算化学程序的基本构建块的关键抽象层进行协调。特别是，我们利用泡利字符串，以确定关键的程序组件，可以用来压缩程序的大小，以最小的损失的准确性。我们还利用泡利弦模拟电路的结构来定制一个新的硬件架构和编译器，导致显着的执行开销减少高达99%。虽然利用高层次的领域知识揭示了显着的优化机会，我们的硬件/软件框架是不依赖于一个特定的程序实例，可以容纳整个家庭的计算化学问题与这种结构。我们相信这项研究的协同设计经验可以扩展到其他领域和硬件技术，以加速量子优势的出现。
2021-05-15 cs.ET quant-ph
Quantum computing enhanced computational catalysis
本文提出改进的量子算法以显著降低计算成本，并对钌催化剂转化二氧化碳为甲醇的催化循环进行了准确的量子计算资源估计，探讨了未来量子硬件的要求。
2021-03-03 cs.ET physics.chem-ph quant-ph
