Multistate iterative qubit coupled cluster (MS-iQCC): a quantum-inspired, state-averaged approach to ground- and excited-state energies
MS-iQCC是一种量子启发方法，通过同时优化多个电子态，提供基态和激发态能量的高效计算，适用于强相关体系。
2026-01-02 physics.chem-ph quant-ph
MC-PDFT Nuclear Gradients and L-PDFT Energies with Meta and Hybrid Meta On-Top Functionals for Ground- and Excited-State Geometry Optimization and Vertical Excitation Energies
本文推导实现了使用meta-GA和杂化meta-GA顶函数的MC-PDFT解析核梯度，拓展了L-PDFT应用，测试表明MC23顶函数在垂直激发能计算中表现最佳，MC-PDFT精度优于TD-DFT及NEVPT2等方法。
2025-08-21 physics.chem-ph quant-ph
Nonlocal field correlations and dynamical Casimir-Polder forces between one excited- and two ground-state atoms
研究了初始激发态原子与两个基态原子动力学三体Casimir-Polder相互作用中的非定域性问题。结果表明，在三体相互作用中，激发态原子在自发衰变的初始阶段所发射的场的非局域空间相关性可能变得明显。讨论了这一新现象的可观测性。
2006-11-13 quant-ph
Dynamical Casimir-Polder energy between an excited and a ground-state atom
考虑两个原子间的Casimir-Polder相互作用，其中一个原子处于基态，另一个原子处于激发态。由于受激原子的动力学自修饰和自发衰变，该系统的相互作用与时间有关。我们用有效哈密顿方法计算了两个原子之间的动态Casimir-Polder势。所得结果及其物理意义进行了讨论，并与以前的结果进行了比较的基础上的时间无关的方法，该方法使用一个非归一化的缀饰态的激发原子。
2004-05-03 quant-ph
Electronic Excited States from a Variance-Based Contracted Quantum Eigensolver
针对分子电子激发态计算难度高于基态的问题，提出基于方差的收缩量子本征求解器算法，通过求解收缩薛定谔方程实现基态与激发态的快速优化，无噪声经典模拟验证了其对H₄和BH体系的计算有效性。
2023-05-06 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Analytical Ground- and Excited-State Gradients for Molecular Electronic Structure Theory from Hybrid Quantum/Classical Methods
我们开发的分析梯度的基态和激发态能量相对于系统参数，包括核坐标的混合量子/经典多态压缩变分量子本征求解器（MC-VQE）应用于费米子系统。我们展示了如何得到的响应贡献的梯度可以评估与量子努力类似的获得VQE能量和独立的衍生参数（例如核坐标的数量）的总数通过采用拉格朗日形式主义的总导数的评价。我们还证明，大步长有限差分处理的方向导数与参数移位规则可以显着减轻复杂性的量子参数海森在求解量子响应方程。这使得能够计算具有数百个原子的系统的解析导数性质，同时在量子计算机上求解它们最强相关轨道的活动空间。我们数值证明了解析梯度的精确性，并讨论了量子响应贡献的大小。
2021-10-11 quant-ph
Magnon-driven dynamics of a hybrid system excited with ultrafast optical pulses
光子-磁振子混合系统作为量子信息科学的基石的潜力已经得到广泛的证实，并且仍然是许多研究的焦点。我们利用这个独特的异质物理系统在精确物理领域的优势，超越了标准模型，量子技术目前正在提高对所谓“不可见物”的敏感性。在这里，我们证明了自旋波的量子，由最小的，有效的磁场驱动，可以检测到在一个大的频带使用混合系统作为换能器。这一结果可以应用于宇宙学信号的搜索，例如，冷暗物质，它可能直接与磁振子相互作用。我们的模型的传感器是基于第二个量化两个振荡器的混合系统，它匹配的观察，并可以很容易地扩展到彻底描述未来的大规模铁磁haloscope。
2020-08-05 physics.ins-det quant-ph
Predicting excited states from ground state wavefunction by supervised quantum machine learning
分子的激发态是光化学和化学反应的核心。量子计算化学的最新发展导致了在近期量子计算机上计算分子的激发态的各种算法的发明，但是它们需要比用于计算基态的算法更多的计算负担。在这项研究中，我们提出了一个监督量子机器学习的计划，预测激发态的性质的分子只从他们的基态波函数，从而减少计算的激发态的计算成本。我们的模型由一个量子库和一个经典的机器学习单元组成，机器学习单元处理单量子比特泡利算子的测量结果和库的输出状态。量子库有效地将单量子比特算子转换为包含系统基本信息的复杂多量子比特算子，以便经典机器学习单元可以适当地解码它们。通过只训练经典机器学习单元，节省了量子计算机的运行次数，并且整个模型需要在当前实验中可以实现的量子硬件的适度资源。我们说明了我们的模型的预测能力，通过数值模拟的小分子不可避免的噪声，在近期的量子计算机。结果表明，我们的方案仅以基态为输入，就能很好地再现基态和激发态之间的第一、第二激发能以及跃迁偶极矩.我们希望我们的贡献将促进量子计算机在量子化学和量子材料研究中的应用。
2020-11-04 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Hybrid Quantum/Classical Derivative Theory: Analytical Gradients and Excited-State Dynamics for the Multistate Contracted Variational Quantum Eigensolver
在过去的几十年中，分析导数理论的成熟使经典电子结构理论能够提供各种各样的可观察性质的准确和有效的预测。然而，解析导数理论的经典实现利用了对近似电子波函数的显式计算访问，这对于混合量子/经典方法的新兴情况是不可能的。在这里，我们开发了一个有效的拉格朗日为基础的方法，分析一阶导数的混合量子/经典方法，只使用可观察到的数量从量子部分的算法。具体而言，我们构建的关键一阶导数性质的核能梯度的最近开发的多状态，收缩变体的变分量子本征求解器（MC-VQE）的上下文中的从头激子模型（AIEM）。我们表明，一个干净的分离之间的量子和经典部分的问题是通过定义一组适当的放松密度矩阵，并显示如何波函数响应方程的量子部分的算法（耦合扰动MC-VQE或CP-MC-VQE方程）解耦的波函数响应方程和梯度扰动的算法的经典部分。我们探讨了海尔曼-费曼的大小和响应的贡献的梯度量子线路模拟的MC-VQE+AIEM和演示的量子线路模拟器实现绝热激发态动力学与MC-VQE+AIEM。
2019-06-20 quant-ph
Direct estimation of the energy gap between the ground state and excited state with quantum annealing
量子化学是量子信息技术的重要应用领域之一。特别地，估计对应于分子的目标哈密顿量的基态和激发态之间的能隙是必要的。在先前的方法中，分别估计基态的能量和激发态的能量，并且能隙可以从它们之间的减法来计算。在这里，我们提出了一个直接估计的基态和激发态之间的能隙的量子退火的目标哈密顿量。其关键思想是将Ramsey型测量与量子退火相结合。这提供了具有能隙的频率的振荡信号，并且信号的傅立叶变换使我们知道能隙。基于超导量子比特的典型参数，我们数值研究了我们的方案在估计哈密顿量的基态和第一激发态之间的能隙时的性能。我们对基态和第一激发态之间的非绝热跃迁表现出鲁棒性。我们的结果为量子化学中估算哈密顿量的能隙开辟了一条新的途径。
2020-07-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Correlations in excited states of local Hamiltonians
$k$ -定域哈密顿量的基态和激发态的物理性质主要由$k$ -粒子约化密度矩阵（$k$ -RDM）决定，或者对于费米子系统，简单地由$k$ -矩阵决定--它们至少足以计算基态和激发态能量。此外，对于$k$ -定域哈密顿量的非简并基态，甚至状态本身也完全由其$k$-RDM确定，因此不包含真正的${>}k$ -粒子关联，因为它们可以从$k$ -粒子关联函数中推断出来.人们自然会问，对于非简并激发态，是否也有类似的结果。事实上，对于费米子系统，已经证明了一个2-定域哈密顿量的任何非简并激发态同时是另一个2-定域哈密顿量的唯一基态，因此由它的2-矩阵唯一确定。这个猜想的一个较弱的版本指出，在所有的纯$n$粒子态中，2-局域哈密顿量的任何非简并激发态都是由它的2-矩阵唯一确定的。我们构造明确的反例，以表明这两个假设都是假的。这意味着局域哈密顿量的激发态的关联可能与基态的关联有很大的不同。进一步证明了一个$k$ -定域哈密顿量的任何非简并激发态都是另一个$2k$ -定域哈密顿量的唯一基态，因此由它的$2k$ -RDM（或$2k$ -矩阵）唯一确定.
2011-10-21 quant-ph
Theoretical method for the study of the excited states of a system
本文提出了一种研究体系激发态的新的、精确的理论方法。论证了如何将一个哈密顿量的激发态问题转化为一个辅助哈密顿量的基态问题。由此构造了一个新的适用于激发态的精确密度泛函。这些结果使得一个系统的激发态可以通过所有的基态理论技术。
2012-06-21 quant-ph
Non-Markovian Transient Casimir-Polder force and population dynamics on excited and ground state atoms: weak and strong coupling regimes in generally non-reciprocal environments
利用非马尔可夫Weisskopf-Wigner理论计算了强耦合和弱耦合两种情况下，三维非均匀非互易环境中二能级原子上的瞬态Casimir-Polder力.将基态原子和激发态原子看作两个独立的初值问题，分别计算了原子的短时布居和长时布居以及原子间的作用力。的结果进行了比较与各种马尔可夫近似的Weisskopf-维格纳理论，并与以前的马尔可夫结果从海森堡图片。
2019-03-05 quant-ph
Van der Waals interactions between excited atoms in generic environments
我们考虑了一般环境中由磁介电体构成的受激原子的范德华力。我们开发了一个动力学的方法来研究相互耦合的原子和场的动力学。当只有一个原子被激发时，我们的动力学理论表明，对于大的距离，作用在基态原子上的范德华力是单调的，而作用在激发原子上的力是空间振荡的。我们展示了如何后者的力量可以与已知的振荡Casimir-波尔德力附近的一个激发原子（基态）的身体。我们的力还揭示了一种人口诱导的动力学：对于原子寿命大得多的时间，原子将衰变到基态，导致基态原子之间的范德华相互作用。
2017-02-23 quant-ph
Open-source implementation of the anti-Hermitian contracted Schrödinger equation for electronic ground and excited states
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本文提出一种开源实现的反厄米特收缩薛定谔方程，用于准确模拟分子中所有电子相关性。该方法不依赖强相关参考波函数的复杂性，且使用精确电子哈密顿量，展现出在主族和过渡金属系统中良好的准确性。
2026-04-02 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Liquid ground state, gap and excited states of a strongly correlated spin chain
本文给出了一个实验上可实现的强相互作用一维自旋系统的精确解，该系统是具有长程相互作用的量子伊辛模型在横向和纵向场中的极限情形.显著的量子涨落导致强关联的液体基态。在开边界条件下，基态流形由四个简并扇区组成，它们的量子数由边缘自旋的方向决定。解析地导出并讨论了两个激发态的纠缠特性、激发能隙以及精确波函数的表达式。
2011-10-09 cond-mat.str-el quant-ph
Eigenstates in the Many Interacting Worlds approach: Ground states in 1D and 2D and excited states in 1D (long version)
本文进一步发展多相互作用世界方法以处理任意自由度，并系统研究了一维单粒子基态与激发态及二维基态的数值计算，为高自由度量子问题提供新途径。
2023-07-05 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Lifetimes of ultralong-range Rydberg molecules in vibrational ground and excited state
由高激发态里德伯原子和基态原子组成的超长程里德伯分子自首次被实验观测以来，就引起了超冷化学领域的广泛关注。特别是它们从里德伯原子继承的有趣的性质，如大小，极化率和结合类型，是令人感兴趣的。该领域的一个悬而未决的问题是与相应的原子里德伯态相比，分子的寿命减少。在这封信中，我们对^3 π（5s-35 s）分子在振动基态和激发态的寿命进行了实验研究。我们表明，寿命依赖于基态原子的密度，这可以描述在一个经典的散射分子和基态原子之间的框架。我们还发现，激发态的分子有一个更减少的寿命相比，基态，这可以归因于向内渗透的束缚原子对由于不完美的量子反射，发生在特殊形状的分子势。
2011-02-20 physics.atom-ph quant-ph
A Method of Determining Excited-States for Quantum Computation
本文提出通过投影掉基态子空间构造有效哈密顿量，使其基态对应原问题激发态，从而用现有基态变分算法计算低激发态能量，并在H2分子上验证有效。
2019-08-12 quant-ph
Vacuum field correlations and three-body Casimir-Polder potential with one excited atom
计算了一个激发态原子和两个基态原子之间的三体Casimir-Polder势。基于真空涨落的缀饰场关联的物理模型，推广了以前介绍的三个基态原子的模型。虽然一个激发原子的三体势在文献中已经是已知的，我们的模型提供了新的见解的性质的非加性Casimir-Polder力与一个或多个激发原子。
2004-11-04 quant-ph
Ground- and excited-state energies extraction via Trotterization on IBM quantum computers
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL)（三菱电机研究实验室）
在IBM量子计算机上实现Trotter化时间演化算符的Hadamard测试，同时提取横场Ising模型和横纵场Ising模型的基态和激发态能量，利用恒定深度电路在噪声背景下提取多达六自旋的本征能量。
2026-06-18 quant-ph
Ground and excited states of spherically symmetric potentials through an imaginary-time evolution method: Application to spiked harmonic oscillators
从含时的薛定谔方程出发，得到了三维中心势的定态。在正交性约束下，采用时间演化技术，结合能量期望值最小化，得到基态和激发态。所需的扩散方程通过有限差分方法求解，以产生精确的波函数、能量、概率密度和其他期望值。并应用于三维各向同性谐振子、Morse谐振子和尖峰谐振子。与文献数据的比较表明，这是能够产生高质量和有竞争力的结果。该方法可能是有用的这个和其他类似的潜在利益的量子力学。最后对该方法的发展前景进行了展望。
2018-01-17 quant-ph
Casimir-Polder interaction between an excited atom and a gas dielectric medium
在延迟情况下，利用微扰技术得到的激发态原子与基态原子相互作用的Casimir-Polder势随原子间距离的增加而减小，即R^-2 [E.A. Power，T.Thirunamachandran，Phys.Rev.A，47，2539（1993）]。它导致了激发态原子与稀气体介质相互作用的发散积分。利用非微扰方法研究了介质中两原子间的相互作用。我们考虑了介质中光子的吸收。这种方法解决了发散的问题。研究了基态原子与平面介质气体的相互作用。我们证明了激发态原子与基态原子气体之间的相互作用不是振荡的，而是服从简单的幂律。我们指出，要得到受激原子与稀薄气体之间范德华力的常规非延迟表达式，原子与界面之间的距离应远小于光子在介质中的自由平均通过。考虑了激发态原子与基态原子半球之间的相互作用。
2006-10-09 quant-ph
Coherent control in the ground and optically excited state of an ensemble of erbium dopants
铒掺杂剂的集合体可以实现量子存储器和频率转换器，这些存储器和频率转换器在光纤通信的最小损耗波长带中工作。它们的运行需要初始化、相干控制和电子自旋态的读出。在这项工作中，我们使用一个开口环微波谐振器来演示这种控制在地面和光学激发态。所提出的技术也可以应用于掺杂剂和主体的其他组合，并且可以促进新的量子存储器协议和感测方案的开发。
2021-05-18 cond-mat.other quant-ph
Long-Range Tails in van der Waals Interactions of Excited-State and Ground-State Atoms
利用量子电动力学方法计算了激发态原子与基态原子相互作用。对于一个激发的参考态和一个较低的虚态，对相互作用能的贡献自然地分成一个极项和一个威克旋转项。极点项在长程极限中占主导地位，将相互作用的函数形式从延迟的1/R^7 Casimir-Polder形式改变为长程尾-由Wick旋转项提供-与cos[2（E_m-E_n）R/（hbar c）]/R^2成比例，其中E_m < E_n是虚态的能量，低于参考态能量E_n，R是原子间距。得到了适用于任意角对称原子参考态的一般表达式。仔细处理原子极化率的费曼公式中的极项是获得正确结果的关键。
2017-05-17 quant-ph
Excited-state spectroscopy using single-spin manipulation in diamond
我们用单自旋共振谱研究了室温下金刚石氮空位中心的轨道激发态自旋结构。我们发现，激发态自旋能级的零场分裂约为基态能级的一半，g因子与基态值相似，超精细分裂约为基态的20倍。此外，共振的宽度反映了激发态的电子寿命。我们还表明，NV中心之间的自旋分裂可以显着不同，可能是由于局部应变的影响，这提供了一个途径来控制自旋哈密顿量，并可能是有用的量子信息处理。
2008-06-11 quant-ph
Variational Functionals for Excited States
给出了在非简并哈密顿量的激发态具有局部极小值的泛函。然后，改进的相互正交近似的基态和第一激发态的报告。
2008-01-23 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
Excitation Gaps of Ground and Excited State Energy of the Fermi-Hubbard Model Using Variational Quantum Eigensolver
本文提出融合 HVA 与 NPA 的新型 ansatz 电路，并用 COBYLA 与 L-BFGS 混合优化，计算 4×1 和 2×2 Hubbard 晶格的基态及前两个激发态能量与激发隙。
2025-08-30 quant-ph
Multi-body wave function of ground and low-lying excited states using unornamented deep neural networks
本文提出结合深度神经网络与无监督机器学习的方法，计算多体系统基态及低激发态的波函数和能量，并给出玻色子对称化与费米子反对称化的简洁处理。
2023-12-06 cond-mat.other hep-th nucl-th
Ground and excited state energy calculations of the H2 molecule using a variational quantum eigensolver algorithm on an NMR quantum simulator
本文在NMR量子处理器上实验实现了变分量子本征求解器与变分量子紧缩算法，分别计算H2分子的基态和激发态能量，并首次证明单个NMR量子比特即可达到所需精度。
2024-07-01 quant-ph
Long spin coherence times in the ground state and an optically excited state of $^{167}$Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ at zero magnetic field
固体中的自旋由于其长的相干时间而成为充当存储器和与超导量子比特接口的理想候选者。我们光谱研究铒-167-掺杂硅酸钇作为一种可能的微波寻址存储器，采用其微波频率转换发生，而不施加外部磁场。我们得到的相干时间为380 $μ$ s的基态自旋跃迁和1.48 ms的激发态自旋跃迁。这是之前零场测量的28倍，也是之前相同材料微波存储演示的200倍。这些长的相干时间表明，铒-167掺杂的硅酸钇具有作为微波寻址量子存储器的潜力。
2020-06-01 quant-ph
Quantum Krylov subspace algorithms for ground and excited state energy estimation
量子Krylov子空间对角化（QKSD）算法提供了一种低成本的替代传统的量子相位估计算法估计的基态和激发态的能量的量子多体系统。虽然QKSD算法通常依赖于使用Hadamard测试来估计$\langle ϕ_i|e^{-i\hat{H}τ}|ϕ_j \rangle$形式的Krylov子空间矩阵元素，但相关的量子线路需要具有受控多量子比特门的辅助量子比特，这对于近期量子硬件来说可能非常昂贵。在这项工作中，我们表明，广泛的一类哈密顿相关的凝聚态物理和量子化学包含对称性，可以利用，以避免使用阿达玛测试。我们提出了一个多保真度估计协议，可用于计算这些数量表明，我们的方法，当与有效的单保真度估计协议相结合，提供了一个大幅度减少电路深度。此外，我们开发了量子Krylov子空间算法的统一理论，并提出了三个新的量子经典算法的基态和激发态能量估计问题，其中每个新的算法提供了各种优点和缺点的量子计算机，门深度，经典的复杂性和稳定性的广义本征值问题的Krylov子空间内的调用总数。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Building Kohn-Sham potentials for ground and excited states
我们用正则化变分方法分析了密度泛函理论的反问题。首先，我们证明了给定$k$和目标密度$ρ$，存在具有密度任意接近于$ρ$的$k^{\text{th}}$束缚混合态的势。状态可以选择纯尺寸$d=1$，没有相互作用，我们提供的数值和理论证据一致导致我们猜想，相同的纯可表示性结果适用于$d=2$，但一组纯状态$v$ -可表示密度是不密集的$d=3$。最后，我们提出了一个反演算法，考虑到退化，消除了标准的通用阻塞行为。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Estimating phase transition of perturbed J1-J2 Heisenberg quantum chain in mixtures of ground and first excited states
本研究提出J1-J2海森堡量子自旋链基态与第一激发态混合态的近邻纠缠可作为相变检测序参量，验证了其有效性并拓展用于分析各向异性和玻璃态无序对相图的影响。
2023-12-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Accessing ground state and excited states energies in many-body system after symmetry restoration using quantum computers
我们探讨了在量子计算机上进行对称性恢复的可能性，在投影技术之后进行额外的后处理。最终目标是开发基于在量子计算机上预优化的多体试验状态的配置相互作用技术。我们展示了如何投影方法用于对称性恢复可以准备优化的状态，然后可以作为初始状态的量子或混合量子经典算法。我们使用量子相位估计和量子Krylov方法进行后处理。后一种方法与投影后量子变分（Q-VAP）相结合，导致非常快的收敛到基态能量。并讨论了获得激发态能量的可能性。使用配对哈密顿量的不同技术的说明。
2021-11-25 cond-mat.supr-con nucl-ex nucl-th
A Raman heterodyne determination of the magnetic anisotropy for the ground and optically excited states of Y$_{2}$SiO$_{5}$ doped with Sm$^{3+}$
我们提出了全磁g张量的$^{6}$ H $_{5/2}$ Z $_{1}$和$^{4}$ G $_{5/2}$ A $_{1}$电子状态的两个晶体学网站在Sm $^{3+}$：Y $_{2}$ SiO $_{5}$，推导出通过使用拉曼外差光谱沿9个不同的结晶方向进行。基态的最大主g值分别为0.447（1号位）和0.523（2号位），激发态的最大主g值分别为2.490（1号位）和3.319（2号位）。这些g张量的测定提供了必要的自旋哈密顿参数，可用于未来的磁性和超精细研究的Sm $^{3+}$：Y $_{2}$ SiO $_{5}$，在量子信息存储和通信设备中的应用。
2021-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
