用于变分量子特征求解器算法的有效对称保持态准备电路

摘要：变分量子特征求解器是使用噪声中间规模量子（NISQ）处理器进行化学模拟的最有前途的方法之一。该算法的效率关键在于能够在量子处理器上准备多量子比特试验态，这些态要么包含，或至少非常接近于被模拟问题的实际能量本征态，同时避免与这些态重叠较少的态。对称性在决定最佳试验态中起着关键作用。在这里，我们提出了有效的态准备电路，这些电路尊重粒子数、总自旋、自旋投影和时间反演对称性。这些电路包含了完全跨越化学问题所规定的适当对称子空间所需的最少变分参数，同时避免所有与之无关的希尔伯特空间区域。我们展示了如何为任意数量的轨道、电子和自旋量子数构建这些电路，并在每种情况下提供了标准门集的明确分解和门计数。我们在H₂和LiH分子的量子模拟中测试了我们的电路，发现它们在准确性和电路深度方面超过了标准状态准备方法。