用于在容错光子量子计算机上对二甲烯的激发状态计算的资源估计

科学领域:

• 量子计算是一种量子计算.
• 计算化学的计算化学
• 摄影化学的使用

背景情况:

• 双乙烯 (DAE) 是光色分子,在分子电子和数据存储方面具有潜在的应用.
• 精确计算它们的兴奋状态能量对于理解和设计这些材料至关重要.
• 当前的古典计算方法在准确预测大型系统的这些属性方面存在局限性.

研究的目的:

• 为了估计计算基准二甲烯分子激发状态能量所需的量子计算资源.
• 评估在光子量子设备上使用量子相估计用于这些计算的可行性.
• 为计算化学中对容错量子计算机的可扩展性和要求提供见解.

主要方法:

• 在模拟的光子量子设备上使用量子相位估计 (QPE) 算法.
• 执行了量子资源估计,包括T门和逻辑量子比特,考虑到容错的开销.
• 在所有价值 π 电子及其反键 π* 轨道的活性空间内采用哈密尔顿断层.
• 对于较小的分子,使用完整的活性空间配置相互作用 (CASCI) 作为参考能量和初始状态;对于较大的分子,假定具有完美的重叠的试验状态.

主要成果:

• 估计了模拟大小越来越大的三种二甲分子所需的T门和逻辑量子位的数量.
• 对于最大的分子 (22 个电子, 22 个轨道),计算需要 1.02 × 10^6 个资源状态发生器,耗时 7 小时 54 分钟.
• 展示了适用于复杂分子系统的资源估计方法.

结论:

• 该研究提供了量子计算资源的具体估计,用于光色分子中激发状态能量计算.
• 结果表明量子计算的潜力,特别是光子设备上的QPE,用于推进计算化学.
• 突出了对容错量子计算机和未来分子模拟的高效算法的必要性.