Exploiting fermion number in factorized decompositions of the electronic structure Hamiltonian
Exploiting fermion number in factorized decompositions of the electronic structure Hamiltonian
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在电子结构哈密顿量的因式分解中利用费米子数
DOI：
10.1103/physreva.105.012403
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发表时间：
2022
影响因子：
2.9
通讯作者：
Su, Yuan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
McArdle, Sam;Campbell, Earl;Su, Yuan
要精确描述费米子系统，通常需要比费米子多得多的轨道。以前的量子化学模拟的资源分析往往未能利用这种低费米子数信息在基于Trotter的方法的实施，并高估了量子计算机的运行时间。它们还依赖于数值程序，这些程序在计算上过于昂贵，无法扩展到具有实际意义的大型系统。在这里，我们提出的技术，解决这两个问题，通过使用各种分解分解的电子结构的哈密顿量。我们展示了我们的技术，均匀的电子气，发现显着的（过）改进Trotter错误低填充分数和推动更高的轨道数比现有的方法是可能的。最后，我们计算的计数进行相位估计上的Jeltron。在低填充制度，我们观察到overcompared最好的基于Trotter的方法迄今为止，在门的复杂性的改善。我们还报告门计数竞争与qubiization为基础的方法的物理利益的维格纳-塞茨值。
Achieving an accurate description of fermionic systems typically requires considerably many more orbitals than fermions. Previous resource analyses of quantum chemistry simulation often failed to exploit this low fermionic number information in the implementation of Trotter-based approaches and overestimated the quantum-computer runtime as a result. They also depended on numerical procedures that are computationally too expensive to scale up to large systems of practical interest. Here we propose techniques that solve both problems by using various factorized decompositions of the electronic structure Hamiltonian. We showcase our techniques for the uniform electron gas, finding substantial (over) improvements in Trotter error for low-filling fraction and pushing to much higher numbers of orbitals than is possible with existing methods. Finally, we calculate the-count to perform phase estimation on Jellium. In the low-filling regime, we observe improvements in gate complexity of overcompared to the best Trotter-based approach reported to date. We also report gate counts competitive with qubitization-based approaches for Wigner-Seitz values of physical interest.
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