基础集的影响和安萨兹建筑对化学中的量子计算的影响
Caio M Porto1, Rene Alfonso Nome2, Nelson H Morgon3
1Institute of Chemistry, Campinas State University, Campinas, 13083-861, São Paulo, Brazil.
量子计算,使用变量量子自溶解器 (VQE) 和单元合集群 (UCC) 替代品,对化学有希望,但受到当前硬件上的电路深度和门数限制. 错误缓解有助于但不能完全解决小分子和基础集的问题.
科学领域:
- 量子计算是一种量子计算.
- 计算化学计算化学
- 理论化学 理论化学
背景情况:
- 量子计算正在迅速发展,显示了计算和理论化学的巨大潜力.
- 变量量子自溶解器 (VQE) 是一种关键算法,用于在杂的中级量子 (NISQ) 硬件上解决电子结构问题.
- 单元合集群 (UCC) 是用于VQE计算的广泛使用的替代品,从选定的基础集生成量子电路.
研究的目的:
- 在VQE计算中调查电路深度,门数,基数组和分子大小之间的关系.
- 评估VQE计算在当前量子设备上的可处理性.
- 评估错误缓解技术的有效性.
主要方法:
- 使用Qiskit进行量子计算和PySCF进行电子结构计算.
- 采用单元和双元的单元合集群 (UCCSD) 方法在各种基础集 (STO-3G到aug-cc-pVTZ) 中进行替代生成.
- 使用乔丹-维格纳方案绘制运算符和哈密尔顿数,并在IBM的内罗毕和大阪量子计算机上使用同步扰动随机近似 (SPSA) 优化器.
主要成果:
- 目前,由于电路深度和门数限制,VQE计算仅对小分子和有限的基数组是可行的.
- 使用cc-pVTZ和aug-cc-pVTZ基数组的H2分子产生了10^3到10^4门的电路深度.
- 具有3-21G基础集的CH4分子需要10^3门的电路深度,而具有STO-3G的H2分子需要超过500次拍摄以减少误差.
结论:
- 目前的量子硬件限制限制了VQE的应用到小分子系统和基本集.
- 虽然误差缓解可以减少VQE计算中的不准确性,但它不能完全消除它们.
- 量子硬件和算法的进一步进步是解决更大,更复杂的化学问题的必要条件.
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