Many-fermion simulation from the contracted quantum eigensolver without fermionic encoding of the wave function
Many-fermion simulation from the contracted quantum eigensolver without fermionic encoding of the wave function
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来自收缩量子本征解算器的多费米子模拟，无需波函数的费米子编码
DOI：
10.1103/physreva.105.062424
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发表时间：
2022
影响因子：
2.9
通讯作者：
Mazziotti, David A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Smart, Scott E.;Mazziotti, David A.
量子计算机在对多费米子量子系统进行量子模拟时，与经典计算机相比具有潜在的指数优势。尽管如此，由于费米子编码（一种用费米子统计编码量子比特的映射），费米子的模拟比玻色子更昂贵。在这里，我们推广的压缩量子本征解（CQE），以避免费米子编码的波函数。与变分量子本征解算器不同，CQE通过最小化薛定谔方程在两个费米子上的收缩（投影）来求解多费米子定态。我们通过将薛定谔方程压缩到一对未编码的粒子上来避免波函数的费米编码。通过一系列未编码的两体指数变换求解所得到的压缩方程，产生一个未编码的波函数，从该波函数可以计算能量和双费米子约化密度矩阵（2-RDM）。我们将未编码和编码的CQE算法应用于氟化氢分子，氧的解离和一系列的氢链。这两种算法都表现出相当的收敛到确切的基态能量和2-RDM，但未编码的算法具有计算优势的状态准备和断层扫描。
Quantum computers potentially have an exponential advantage over classical computers for the quantum simulation of many-fermion quantum systems. Nonetheless, fermions are more expensive to simulate than bosons due to the fermionic encoding—a mapping by which the qubits are encoded with fermion statistics. Here we generalize the contracted quantum eigensolver (CQE) to avoid fermionic encoding of the wave function. In contrast to the variational quantum eigensolver, the CQE solves for a many-fermion stationary state by minimizing the contraction (projection) of the Schrödinger equation onto two fermions. We avoid fermionic encoding of the wave function by contracting the Schrödinger equation onto an unencoded pair of particles. Solution of the resulting contracted equation by a series of unencoded two-body exponential transformations generates an unencoded wave function from which the energy and two-fermion reduced density matrix (2-RDM) can be computed. We apply the unencoded and the encoded CQE algorithms to the hydrogen fluoride molecule, the dissociation of oxygen, and a series of hydrogen chains. Both algorithms show comparable convergence towards the exact ground-state energies and 2-RDMs, but the unencoded algorithm has computational advantages in terms of state preparation and tomography.
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