Cribado de conmutatividad de operadores y reordenación progresiva de bloques de operadores para la preparación de...

Área de la Ciencia:

• Química cuántica
• Física cuántica computacional

Sus antecedentes:

• El Solucionador Cuántico Variacional (VQE) es un algoritmo cuántico clave para los cálculos de energía molecular en la era Cuántica Ruidosa de Escala Intermedia (NISQ).
• Diseñar un Ansatz expresivo pero compacto es crucial para la precisión y estabilidad del VQE, pero las limitaciones del hardware actual plantean desafíos significativos.
• La expresividad del Ansatz debe equilibrar la representación de la función de onda con la eficiencia computacional para evitar problemas numéricos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia sistemática y adaptativa para construir Ansätze VQE.
• Abordar los desafíos de la expresividad, compacidad y estabilidad de la optimización del Ansatz en química cuántica.
• Mejorar la precisión y eficiencia de los cálculos de energía molecular utilizando VQE.

Principales métodos:

• Se propone una estrategia dinámica de construcción de Ansatz, comenzando con bloques de operadores dominantes identificados mediante cribado de conmutatividad y ordenación de energía.
• El Ansatz se expande progresivamente mediante la reordenación iterativa de bloques de operadores.
• Se incorporan términos de correlación de orden superior utilizando la factorización tensorial reducida de la parte inferior del cuerpo, y la construcción adaptativa guía la optimización para mitigar las trampas locales.

Principales resultados:

• La estrategia progresiva de adición de bloques de operadores produce una energética molecular precisa con menos parámetros en comparación con otros métodos.
• El enfoque evita eficazmente las trampas locales durante la optimización clásica, mejorando la estabilidad.
• Se reproducen energías precisas del estado fundamental, incluso en sistemas fuertemente correlacionados como la disociación de enlaces, donde otros métodos a menudo fallan.

Conclusiones:

• La estrategia dinámica de construcción de Ansatz propuesta ofrece un método robusto y eficiente para aplicaciones VQE en química cuántica.
• Este enfoque mejora la fiabilidad de los cálculos cuánticos para sistemas moleculares, particularmente en regímenes de correlación fuerte desafiantes.
• La estrategia representa un avance significativo para aprovechar los dispositivos NISQ para cálculos precisos de química cuántica.