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量子計算機|哈密頓算子是厄米特算子而不是酉算子，不能直接在量子計算機上計算

重器量子計算機

量子計算機|哈密頓算子是厄米特算子而不是酉算子，不能直接在量子計算機上計算

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量子計算機|哈密頓算子是厄米特算子而不是酉算子，不能直接在量子計算機上計算

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波函數已經在量子計算機上準備好了 ， 接下來需要測量哈密頓量的期望值來完成計算 。 哈密頓算子是厄米特算子而不是酉算子 ， 因此不能直接在量子計算機上計算 。 相反 ， 將其分解為其相互交換的酉成分的總和 ， 并評估每個酉元的期望值 ， 總期望值是通過累加所有項的總和來找到的 。 隨著軌道數量的增加 ， 哈密頓量中的項目數也增加 。 迄今為止 ， 僅在可用的量子硬件上計算了非常簡單的分子 。



第一種方法是氫和其他簡單的二元和三元分子 。 當然 ， 這只是全變分計算的內循環 。 現在必須調整變分波函數中的參數并重復整個過程 ， 直到結果收斂到最小能量值 。 因為從量子計算機中出現的數據是嘈雜的 ， 所以這個優化問題需要經典計算機上的復雜算法 。 噪聲甚至可能使計算完成到實際可以找到真正最小值的點變得具有挑戰性 。 優化問題也可能受到“貧瘠高原”的影響 ， 這是成本函數梯度極小的大區域 。



可以通過計算從直接在量子計算機上測量的矩陣元素改變變分參數時能量如何變化的導數來降低對噪聲的敏感性 。 由于量子計算機的時鐘周期比經典計算機慢得多 ， 即使在計算給定測量結果方面具有量子優勢 ， 預計量子計算也會很慢 。 此外 ， 量子計算機的參數通常會隨時間漂移 ， 從而產生與不同期望值隨時間變化的精度相關的額外問題 。 甚至可能需要糾正隨時間的漂移 ， 否則可能會出現數據不夠準確而無法完成變分循環的外循環的風險 。



盡管如此 ， 這種方法仍然是目前最有前途的方法 。 在能夠在量子系統上進行廣泛的時間演化之前 ， 它將仍然是嘈雜中尺度量子時代機器上量子化學的唯一可行策略 。 相位估計方法有很多好處 。 首先 ， 它將為科學家們提供對基態能量的準確估計 ， 其準確性取決于在量子計算機上計算出多少表示相位的二進制數字 。 其次 ， 它投射到它測量的本征態上 。 這使得它也可以用作狀態準備協議；測量基態能量還具有直接在量子計算機上準備基態波函數的結果 ， 然后可以將其用于進一步的量子計算 。



相位估計的挑戰在于它要求科學家們能夠準確地執行時間演化 。 這目前超出了可用硬件的范圍 ， 很可能需要等待大規模容錯量子計算機能夠執行此類計算 。 盡管如此 ， 重要的是要考慮現在如何使用這種算法 ， 以便在這種硬件可用時做好準備 。 此外 ， 稀疏嵌入理論將允許時間演化更快 ， 甚至可能在嘈雜中尺度量子機器上 。 生物過程中感興趣的分子系統既復雜又幾何廣泛 。



眾所周知 ， 一些過程主要取決于結構的微小差異及其相關的能量差異 。 過程的時間尺度也可能跨越幾個數量級 ， 從分子振動變化的飛秒到某些電子轉移過程和構象變化的毫秒 。 挑戰在于這些極端系統需要高度準確的計算 。 此外 ， 生物過程發生在液體環境中的有限溫度下 ， 這與許多化學過程相反 ， 這些化學過程可以通過研究氣相或材料結構來理解 ， 這些過程通常被孤立地分析并且絕對為零 。

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