分会

第二十六分会：电子结构理论及其应用

摘要

变分量子本征值求解器（VQE）是在量子计算机上进行电子结构计算的常用算法之一。它是一种量子-经典混合算法，先在量子计算机上制备一个参数化的量子态，再根据变分原理，由经典计算机对参数进行优化，使体系哈密顿量的期望值达到最小，以此获得基态的能量和波函数。VQE对噪声有较高的容忍度，可以在NISQ设备上运行，而且用量子比特表示体系的量子态的方法，有望解决经典计算的“维度灾难”问题。然而，通常的VQE无法同时计算同一分子的不同构型的基态能量。由于基态波函数随分子构型变化，VQE中的参数也会随之变化，想要计算一个新的构型就必须重新执行参数优化过程。这对于动力学模拟等需要势能面的领域来说有些不便。 把分子构型信息编码到VQE的量子线路中，可以使一次参数优化算得一定范围内所有分子构型的基态能量和波函数。我们把包含分子构型信息的数据（如键长、键角等）作为量子门的参数。在通常的VQE中，所有量子门的参数均是可优化的参数。在我们的线路中，一部分门的参数是可优化参数，另一部分门的参数为包含分子构型信息的数据。这样，对于同一分子的不同构型，即便所有可优化参数均相同，量子线路也可以给出不同的量子态，使得单次优化计算多个分子构型成为可能。在实际测试中发现，引入量子线路的中间测量和再输入，可以大幅提高精度。这些工作使得VQE有能力计算分子的势能面而非单一构型的基态能量，并同时给出势能面中所有构型的基态波函数。

关键词

变分量子本征值求解器;势能面

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