Optimizing Electronic Structure Simulations on a Trapped-ion Quantum Computer using Problem Decomposition
量子计算机有可能通过执行昂贵的电子结构计算来推进材料设计和药物发现。该应用的一个关键方面需要优化量子硬件的有限资源。在这里，我们通过实验展示了一个端到端的管道，该管道专注于在保持准确性的同时最大限度地减少量子资源。利用密度矩阵嵌入理论作为问题分解技术，在离子阱量子计算机上，模拟了一个由10个氢原子组成的环，没有冻结任何电子。最初的20量子位系统被分解为10个两量子位问题，使其适合当前可用的硬件。结合量子位耦合簇电路分析、电路优化和密度矩阵纯化，在最小基组上精确地再现了与全组态相互作用能一致的势能曲线.我们的实验结果是问题分解的潜力的早期证明，以准确地模拟量子硬件上的大分子。
2021-09-28 quant-ph
Exact and approximate symmetry projectors for the electronic structure problem on a quantum computer
用变分量子本征求解器（VQE）方法在通用门量子计算机上求解电子结构问题，需要将搜索过程限制在由相关物理对称性定义的子空间内.忽略对称性导致第二量子化电子哈密顿量收敛到Fock空间的最低本征态。此外，由于波函数的限制，该本征态可以对称破缺。为了解决这个VQE问题，我们介绍和评估方法的精确和近似投影算子不可约的特征子空间的可用物理对称性。讨论了对称投影算子在VQE框架下的可行性，并与对称约束优化方法进行了比较。通常，与约束方法相比，投影仪为VQE测量引入更多的项。另一方面，投影形式在不引入额外幺正变换的情况下提高了变分波函数的精度，有利于减小量子线路的深度.
2019-10-07 physics.chem-ph quant-ph
How to wire a 1000-qubit trapped ion quantum computer
本文提出WISE控制架构，通过在离子阱芯片中集成简单开关电子器件解决囚禁离子量子计算机的布线挑战，实现用约200个信号源驱动1000量子比特全连接量子计算机。
2023-05-22 quant-ph
Molecular Electronic Structure Calculation via a Quantum Computer
本研究利用变分量子本征求解器算法计算多个分子的基态能量，验证其与全组态相互作用结果的一致性，并展示出优于先前报道的精度。
2024-11-08 quant-ph
Spin-dependent recombination - an electronic readout mechanism for solid state quantum computers
结果表明，局域在硅带隙态的电子-空穴对的相干自旋运动会影响载流子复合。基于这种效应，本文提出了Kane提出的硅基固态自旋量子计算机的读出概念。31 P量子位（qbit）通过超精细耦合连接到定域施主电子的自旋。当具有带隙内深处或接近价边的能级的第二定域且单占据的电子态接近时，可以激活31 P核与两个电子态之间的门控交换，这使得施主-深能级对要么保持不变，要么保持不变。|T->-态或将其转变为单重态|S>.由于施主深能级跃迁是自旋相关的，因此深能级是否带电取决于施主核的核自旋取向。因此，可以利用光脉冲序列和光电导测量来读取qbit的状态。
2002-08-06 quant-ph
Implementation of Quantum Machine Learning for Electronic Structure Calculations of Periodic Systems on Quantum Computing Devices
量子机器学习算法是机器学习到量子机制的扩展，被认为是更强大的，因为它们利用了量子特性的力量。量子机器学习方法已被用于解决量子多体系统，并已证明晶格模型，分子系统和最近的周期性系统的精确电子结构计算。一个混合的方法，使用限制玻尔兹曼机和量子算法来获得的概率分布，可以优化经典的是一个很有前途的方法，由于其效率和易于实现。在这里，我们在IBM-Q量子计算机上实现了混合量子机器学习的基准测试，以计算典型的二维晶体结构：六方氮化硼和石墨烯的电子结构。利用混合量子机器学习计算得到的这些体系的能带结构与传统电子结构计算得到的结果吻合较好。这一基准结果意味着，由量子计算机授权的混合量子机器学习可以提供一种计算量子多体系统电子结构的新方法。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-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
The electronic interface for quantum processors
相对于传统计算机，量子计算机可能提供前所未有的速度提升。然而，量子比特（qubit）的数量及其性能的显着增加需要证明这种量子霸权。虽然扩大底层量子处理器的规模是极具挑战性的，但构建连接这种大规模处理器所需的电子设备也同样重要和艰巨。本文讨论了为量子处理器设计可扩展电子接口的挑战。为此，我们讨论了不同量子位技术的要求，并提出了现有的电子接口的实现。在扩大这种国家的最先进的实现的局限性进行了分析，并审查可能的解决方案，以克服这些障碍。讨论了在低温下接近低温量子位操作电子接口所带来的好处。尽管量子处理器低温控制领域的研究人员仍然面临着一些重大挑战，但低温电子接口似乎是使大规模量子计算机能够解决改变世界的计算问题的可行解决方案。
2019-03-15 quant-ph
Periodic energy transport and entropy production in quantum electronics
量子导体中的含时粒子输运问题是当今公认的课题。相比之下，能量和热量在受动态驱动的介观系统中流动的方式是一个相对较新的学科，它与量子热力学的基本发展以及纳米电子学和量子信息的实际应用相互促进。在这篇简短的综述中，我们从物理学的角度讨论了量子系统中产生的非定常热和功的最新研究，强调了开放的问题和未解决的问题。
2016-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Subspace methods for electronic structure simulations on quantum computers
本文系统综述了量子子空间方法（QSMs）的理论基础、分子电子结构应用及量子硬件实现，并分析了噪声对性能的影响。
2023-11-30 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Divide-and-conquer variational quantum algorithms for large-scale electronic structure simulations
在量子计算时代，探索量子计算机在材料设计和药物发现方面的潜在应用引起了人们的极大兴趣。然而，解决实际电子结构问题所需的量子资源远远超出了近期量子器件的能力。在这项工作中，我们集成了分而治之（DC）的方法到变分量子本征求解器（VQE）的大规模量子计算化学模拟。采用多体展开碎裂理论和密度矩阵嵌入理论两种流行的分而治之方案，将复杂的问题分解成许多易于在近期量子计算机上实现的小部分。这些方法的试点应用系统组成的几十个原子进行自适应VQE算法。这项工作应该鼓励进一步研究使用DC的哲学来解决量子计算机上的电子结构问题。
2022-08-31 quant-ph
Simulation of Electronic Structure Hamiltonians Using Quantum Computers
在过去的一个世纪里，大量的物理和数学发展与快速发展的技术相结合，使量子化学领域取得了巨大的进步。然而，在经典计算机上精确模拟量子系统的计算效率方法的缺乏，提出了当前计算方法的限制。我们报告，详细地，一组预先计算的分子积分可以被用来显式地创建一个量子线路，即一个基本的量子操作的序列，当运行在量子计算机上，以获得能量的分子系统与固定的核几何形状使用量子相位估计算法。我们扩展了几个已知的结果与此相关的想法，并讨论了绝热状态准备过程中使用的输入状态的算法。考虑到当前和不久的将来的量子设备，我们提供了一个完整的例子，使用氢分子，如何使用量子计算机模拟化学哈密顿量。
2010-12-19 physics.chem-ph quant-ph
Perturbative Analysis of Quasi-periodic Patterning of Transmon Quantum Computers: Enhancement of Many-Body Localization
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）
本研究提出利用超周期模式替代随机性以增强转子量子计算机的多体局域化，通过微扰理论分析验证其有效性。
2024-03-21 cond-mat.dis-nn quant-ph
Exchange in a silicon-based quantum dot quantum computer architecture
在体硅中，谷间电子干涉已被证明会导致杂质电子波函数之间的交换耦合产生强烈振荡，这对拟议的量子计算机构成了严重的可制造性问题。在这里，我们表明，这个问题不会出现在建议的架构中使用Si/SiGe量子点，因为在Si量子阱中的大的面内应变连同强限制的潜力典型的异质结构。
2004-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Constrained variational quantum eigensolver: Quantum computer search engine in the Fock space
变分量子本征求解器（VQE）是一种有效的计算方法，在普门量子计算机上用于电子结构的化学计算具有很高的精度。然而，像计算氢分子阳离子H $_2^+$的电子能量这样简单的任务对于一般的VQE协议是不可能的，因为计算将总是坍缩到相应的中性形式H $_2$的较低能量。问题的起源是，VQE有效地执行一个无约束的能量优化的Fock空间的原始电子问题。我们展示了如何通过引入必要的约束条件，指导VQE的电子状态的兴趣，可以避免这一点。所提出的约束VQE可以找到具有一定数量的电子，自旋或任何其他属性的电子状态。新算法不需要任何额外的量子资源。我们通过在Rigetti Computing Inc的19 Q-Acorn量子处理器上模拟H $_2$和H $_2$ O的各种状态来展示约束VQE的性能。
2018-06-01 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Simulating periodic systems on quantum computer
变分量子本征求解器（VQE）是模拟近场噪声中尺度量子器件上分子电子结构性质的最有吸引力的量子算法之一。在这项工作中，我们推广的VQE算法模拟扩展系统。然而，用现有的VQE算法对一维无限长氢链的数值研究表明，计算得到的基态能量与精确的全组态相互作用（FCI）结果有很大的偏差.在这里，我们提出了两个方案，以提高扩展系统的量子模拟的准确性。第一种是改进的VQE算法，它引入了Hartree-Fock轨道的幺正变换，以避免复杂的哈密顿量。第二种方法是将VQE与量子子空间展开方法相结合的Post-VQE方法（VQE/QSE）。数值算例表明，这两种格式都能准确描述一维氢链的势能曲线。此外，用VQE/QSE方法计算的激发态与FCI结果也吻合得很好.
2020-08-07 quant-ph
Method for simulating open-system dynamics using mid-circuit measurements on a quantum computer
提出一种利用中间电路测量和重置在量子计算机上模拟开放电子系统动力学的方法，无需额外量子比特，并在IBM量子计算机上验证，可普遍适用。
2025-06-18 quant-ph
Simulating the electronic structure of spin defects on quantum computers
本文提出使用混合经典/量子协议在量子计算机上模拟固体自旋缺陷电子结构，结合量子嵌入理论与VQE算法计算基态和激发态，并提出噪声缓解策略以在近期含噪架构上获得准确结果。
2022-02-02 quant-ph
Deutsch Algorithm on Classical Circuits
著名的Deutsch算法（DA）和Deutsch-Jozsha算法（DJA）都被用来证明量子计算机优于经典计算介质的能力。在这些理论实验中，已经表明量子计算机可以在几个步骤内确定地找到答案，尽管经典电子系统必须比量子计算机进行更多的迭代。本文证明了用普通电子器件构成的经典计算系统可以完成与量子计算机相同的任务。DA和DJA量子线路的作用就像一台模拟计算机，因此将经典数字计算机的比特与量子计算机的量子比特进行比较是不公平的。模拟信号承载线当然将比没有串行通信协议的位承载线承载更多的信息。
2008-03-21 quant-ph
Out-of-time-order correlators in electronic structure using Quantum Computers
本研究在量子计算机的电子结构量子模拟中探索算符扩展现象，以氢链H4验证了远离平衡构型时算符扩展增强，还发现纠缠的面积律/体积律特征，为相干误差的算符扩展提供见解且可实验实现。
2024-05-20 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el nlin.CD
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
Electronic structure with direct diagonalization on a D-Wave quantum annealer
量子化学被认为是最早被量子计算革命化的学科之一。虽然实用规模的通用量子计算机可能还需要几年的时间，但目前正在寻求各种方法，通过开发适当的算法和软件基础来解决近期基于门的量子计算机和量子退火机上的量子化学问题。在D-Wave 2000 Q量子退火机上实现了量子退火本征解算器（QAE）算法，求解了分子电子哈密顿本征值-本征矢量问题。该方法是基于矩阵公式，有效地使用量子比特资源的基础上的2的幂编码方案，是硬件占主导地位的依赖于只有一个经典的优化参数。我们演示了使用D波硬件获得地面和电子激发态在各种小分子系统。这种方法可以适用于目前在传统量子化学包中实施的绝大多数电子结构方法。这项工作的结果将鼓励进一步开发软件，如qbsolv，它在新兴的量子信息处理硬件中具有很好的应用前景，并且能够解决经典计算机难以解决的大型复杂优化问题。
2020-09-02 quant-ph
Non-Equilibrium Dynamics of a Dissipative Two-Site Hubbard Model Simulated on IBM Quantum Computers
多体物理学是一个非常适合测试量子算法和在现有量子计算机上寻找工作原理的领域。我们已经研究了一个和两个电子系统，这是耦合到一个环境，介绍退相干和耗散的非平衡动力学。在我们的方法中，电子系统表示在一个两个站点的哈伯德模型的框架，而环境模拟的自旋浴。为了在量子计算机上模拟不同态的非平衡布居概率，我们将电子态和环境自由度分别编码到量子比特和辅助量子比特（bath）中。将系统的总演化时间划分为若干小的时间段，在这些时间段内系统进行演化。在这些时间步长中的每一个之后，系统与表示处于热平衡的浴的辅助量子位相互作用。我们专门研究了自旋浴导致的电子系统的单位和非单位动力学，并发现电子相关性明显提高了后一种情况下的电子转移速率。对于短时间段，量子计算机上的模拟被发现与精确结果非常一致，如果应用误差减轻方法。我们在量子计算机上模拟非幺正时间演化的方法可以很好地扩展到模拟相关自旋浴以及玻色子和费米子浴中的电子系统。
2021-09-08 cond-mat.str-el quant-ph
Periodic Symmetry-Adapted Encoding: Qubit Reduction in Crystalline Electronic Structure
University College London (UCL)（伦敦大学学院）；London Centre for Nanotechnology（伦敦纳米技术中心）
通过将对称性自适应编码框架扩展到周期体系，利用空间群对称性（包括自旋宇称、点群和晶体平移对称性）实现量子比特缩减，在保持化学精度下大幅降低变分参数和CNOT门数量。
2026-09-11 quant-ph
Reduced Density Matrix Sampling: Self-consistent Embedding and Multiscale Electronic Structure on Current Generation Quantum Computers
我们研究了当前一代超导量子计算机上的完全自洽的多尺度量子经典算法，以统一的方法来处理量子化学和凝聚态物理中大系统的相关电子结构。在这两种情况下，一个强相关的量子区域的扩展系统是孤立的，自洽耦合到它的环境通过采样的约简密度矩阵。我们分析了当前一代量子设备的可行性，以提供这些对象所需的保真度，从而对该子空间进行鲁棒和有效的优化。我们表明，一个简单的错误缓解策略和优化紧凑的张量积基地，以尽量减少采样的条款的数量，这些自洽算法确实是非常强大的，即使在量子硬件上存在显着的噪声。此外，我们证明了使用这些密度矩阵的非能量特性的采样，包括凝聚相系统中的偶极矩和费米液体参数，实现了可靠的精度与稀疏采样。看起来，从这些子空间的迭代优化中得到的不确定性小于使用当前量子硬件的单个子空间优化的能量方差。这提高了常规的自洽性的前景，以改善相关的子空间的选择在混合量子经典方法的电子结构的大系统，在这种多尺度的方式。
2021-04-12 physics.chem-ph quant-ph
Quantum computer with cold ions in the Aubry pinned phase
提出了在全局振子阱势中加入一个离子数与周期数之比为1的平均值的周期势来修正Cirac-Zoller提出的冷离子量子计算机.随着周期势幅值的增加，系统进入Aubry钉扎相，其特征是离子的准冻结位置和第一声子激发的间隙变得与离子数无关。这给了人们希望，这种量子计算机将真正可扩展。有人认为，通常的单和双量子比特门可以实现附近的离子之间的奥布里阶段。讨论了用微阱阵列或光晶格实验实现周期势的可能性。指出了微阱间距的无序化（每个阱一个离子）可以导致声子模的安德森局域化，这对离子量子计算具有重要的意义.
2019-05-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Classical emulation of a quantum computer
本文描述了一种新的方法来模拟一个通用的量子计算机与一个完全经典的系统，一个使用有限的持续时间和幅度的信号来代表一个任意的量子态。信号可以是任何模态（例如，声学、电磁等）。但这篇论文将集中在电子信号上。单个量子位由同相和正交正弦信号表示，而幺正门操作使用简单的模拟电子电路器件执行。以这种方式，多量子位量子态的希尔伯特空间结构以及门操作的通用集合可以被完全经典地仿真。从一个可编程的原型系统的结果进行了介绍和讨论。
2021-04-27 quant-ph
Nuclear spin qubits in a trapped-ion quantum computer
物理系统必须满足许多条件才有资格成为用于量子信息处理的有用量子比特（qubit），包括易于操作、长的退相干时间和高保真度读出操作。由于这些条件很难用单个系统来满足，因此可能需要组合不同的自由度。在这里，我们讨论了一个可能的系统，基于电子和核自旋自由度被困离子。核自旋产生长的退相干时间，而电子自旋在磁场梯度中提供有效的操纵，并且离子的光学跃迁确保选择性和有效的初始化和读出。
2009-04-26 quant-ph
Scaling Up Electronic Structure Calculations on Quantum Computers: The Frozen Natural Orbital Based Method of Increments
本文介绍了增量法和冻结自然轨道（MI-FNO）框架，以加快噪声中尺度量子NISQ器件在量子化学模拟中的应用。MI-FNO框架为量子化学模拟提供了占用和虚拟轨道空间的系统化缩减。从MI-FNO还原得到的增量的相关能量然后可以通过各种算法求解，包括量子算法，例如相位估计算法和变分量子本征求解器（VQE）。酉耦合簇单和双VQE框架用于获得小分子情况下的相关能（即，BeH $_2$、CH $_4$、NH $_3$、H $_2$ O和HF）。量子资源的要求估计的限制几何复杂（CGC）催化剂，用于在工业环境中聚合的$α$ -烯烃。我们表明，MI-FNO方法提供了一个显着减少量子位的要求相对于完整的系统模拟。我们建议MI-FNO框架可以创建适合于评估NISQ设备进展的量子化学问题的可扩展示例。
2021-04-21 quant-ph
Simulating electronic structure on bosonic quantum computers
提出将分子电子哈密顿量映射为 qumode 玻色子问题并利用 VQE 求解的方法，通过 H$_2$ 和线性 H$_4$ 基准验证，突显混合量子比特-qumode 设备在量子计算化学中的潜力。
2025-02-11 quant-ph
Probing The Unitarity of Quantum Evolution Through Periodic Driving
随着量子计算机和模拟器开始产生无法用经典方法验证的结果，开发各种工具来检测和诊断这些设备上的实验错误变得势在必行。虽然状态或过程层析成像是表征实验误差来源的自然方法，但强烈的测量要求使这些策略在除了最小的量子系统之外的所有量子系统中都不可行。在这项工作中，我们制定了基于周期性驱动的量子系统的特定属性的幺正演化的签名。这些签名的缺乏表明在演化的么正性或周期性条件中的一个中断。我们实验检测非相干错误的捕获离子量子计算机使用这些签名。我们的方法是基于重复测量的一个单一的可观察，使这是一个低成本的误差评估与测量要求，规模根据动态特性，而不是系统的大小。
2022-12-21 quant-ph
Periodically driven open quantum systems with vibronic interaction: Resonance effects and vibrationally mediated decoupling
本研究采用周期性驱动和Floquet工程操控电子-振动开放量子系统，发现特定频率下振动介导的电子系统与驱动的解耦现象，并部分消除Franck-Condon阻塞，为电荷电流控制提供新途径。
2023-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
A Bi-CMOS electronic-photonic integrated circuit quantum light detector
本文报道一种采用250nm Bi-CMOS工艺的单片电子-光子集成零差探测器，通过抑制电容实现19.8GHz带宽和15dB散粒噪声抑制，优于宏观互连方案，展示了CMOS集成提升量子光子学性能。
2023-05-15 quant-ph
A sparse spin qubit array with integrated control electronics
目前量子计算机的实现受到每个量子比特大量控制线的困扰，随着系统规模的扩大变得难以管理。在这里，我们讨论了一个稀疏的自旋量子位架构，其特点是集成控制电子器件，大大减少了芯片外的线数。这种量子经典硬件集成缩小了CMOS量子计算机的可行性差距。
2019-12-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
OpenFermion: The Electronic Structure Package for Quantum Computers
化学和材料的量子模拟被预测为近期和容错量子器件的重要应用。然而，目前，开发和研究这些问题的算法可能是困难的，因为在化学和量子算法领域都需要大量的领域知识。为了帮助弥合这一差距，并向更多的研究人员开放该领域，我们开发了OpenFermion软件包（www.openfermion.org）。OpenFermion是一个开源软件库，主要是在Apache 2.0许可下用Python编写的，旨在实现量子硬件上的费米模型和量子化学问题的模拟。从通用电子结构软件包的接口开始，它简化了分子规范和量子线路之间的转换，以解决或研究量子计算机上的电子结构问题，最大限度地减少了进入该领域所需的领域专业知识。该软件包被设计为可扩展和健壮，在文档和测试中保持高软件标准。本文概述了OpenFermion设计选择背后的主要动机，并讨论了一些基本的OpenFermion功能，我们相信这些功能将有助于社区为这一令人兴奋的研究领域开发更好的量子算法和工具。
2019-02-27 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Interband and intraband transitions, as well as charge mobility in driven two-band model with electron phonon coupling
本研究在含电子-声子耦合的驱动双带模型中，开发了FSH和FMF方法模拟电子动力学，发现周期性驱动能增强带间跃迁、抑制带内跃迁并限制电荷迁移率。
2024-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulating long-range hopping with periodically-driven superconducting qubits
量子计算机是模拟多体物理的领先平台。这项任务最近已经方便的可能性，直接编程的时间相关的脉冲发送到计算机。在这里，我们使用这个功能来模拟具有长程跳跃的量子晶格模型。我们的方法是基于一个精确的映射之间的周期性驱动的量子系统和一维晶格的合成Floquet方向。通过设计一个具有幂律谱的周期性驱动器，我们模拟了一个具有长程跳跃的晶格，其衰减指数可以自由调节。我们提出并实现实验两个协议，探测的长尾Floquet本征函数，并确定一个缩放之间的过渡弱和强的长程耦合。我们的工作提供了一个有用的基准脉冲工程和丰富的非平衡效应的量子模拟的路线。
2021-08-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum HF/DFT-Embedding Algorithms for Electronic Structure Calculations: Scaling up to Complex Molecular Systems
在不久的将来，材料和药物设计可能会得到量子计算机辅助模拟的帮助。这些有可能针对最强大的经典计算机无法处理的化学系统。然而，当代量子计算机提供的资源仍然有限，将化学模拟限制在非常简单的分子上。为了快速扩展到更有趣的分子系统，我们建议嵌入的量子电子结构计算到一个经典的计算环境中获得的Hartree-Fock（HF）或密度泛函理论（DFT）的理论水平。我们实现这一点，通过构建一个有效的哈密顿量，其中包括一个平均场电位描述的行动上选定的活性空间（AS）的非活性电子。利用变分量子本征求解器（VQE）算法确定了AS哈密顿量的基态。与建议的迭代DFT嵌入方案，我们能够获得一个单一的吡啶分子，优于完全活性空间自洽场（CASSCF）的结果，无论选择的AS的能量校正项。
2020-09-03 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Formation of Tesseract Time Crystals on a Quantum Computer
本文探讨了在量子计算机上利用离散时间晶体（DTCs）的理论预测与实验实现，并提出利用DTCs形成时变超正方体，以研究更高维格点系统中的时间平移对称性。
2023-05-17 cond-mat.str-el quant-ph
Hamiltonian simulation-based quantum-selected configuration interaction for large-scale electronic structure calculations with a quantum computer
本研究针对传统量子选择组态相互作用需高质量近似波函数的难题，提出基于哈密顿量模拟的HSB-QSCI方法，经数值模拟与36量子比特硬件验证，仅用约1%斯莱特行列式即可捕获超99.18%活性空间相关能，适用于强关联体系的电子结构计算。
2025-10-02 physics.chem-ph quant-ph
Charge and spin response functions on a quantum computer: applications to molecules
提出了一种在量子计算机上通过量子相位估计和统计采样构造相互作用电子系统的电荷和自旋线性响应函数的方案。通过利用电子算符的幺正分解避免了由于其非幺正性而带来的困难，我们提供了配备有辅助电路的电路，用于概率制备所需的非幺正算符作用的量子比特态。通过与基于全组态相互作用计算的精确响应函数进行比较，我们模拟了C2和N2分子的响应函数的这种构造。研究发现，要准确检测响应函数中弱极点的细微结构，需要大量的测量。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Quantum simulation of electronic structure with a transcorrelated Hamiltonian: improved accuracy with a smaller footprint on the quantum computer
采用包含电子关联效应的变换哈密顿量对电子结构进行了量子模拟。在这项工作中使用的互相关哈密顿量是有效地构造经典的，在多项式的成本，通过近似相似变换与显式相关的两体酉算子。这个哈密顿量是厄米的，只包含两个粒子的相互作用，并且没有电子-电子奇点。我们研究了这种变换的哈密顿量对量子模拟的精度和计算成本的影响，重点是一种广泛使用的薛定谔方程求解器，即变分量子本征求解器方法，基于幺正耦合单双簇（q-UCCSD）Ancor。尽管如此，这里提出的形式主义直接转化为化学的其他量子算法。我们的研究结果表明，一个互相关的哈密顿量，与非常紧凑的基地配对，产生明确的相关能量可比的那些从大得多的基地。对于这里研究的化学物种，基于潜在的6- 31 G基础的明确相关能量具有cc-pVTZ质量。使用非常紧凑的互相关哈密顿量将实现cc-pVTZ质量所需的CNOT门的数量减少了两个数量级，并且量子位的数量减少了三倍。
2021-12-30 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Excitation Amplitude Sampling for Low Variance Electronic Structure on Quantum Computers
通过激发幅度采样和耦合簇模型，该研究在量子计算机上实现了低方差电子结构计算，并展示了对噪声的高鲁棒性。
2025-12-12 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
