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量子平方:一个聚焦于量子化学模拟的量子计算平台

Q2Chemistry: A quantum computation platform for quantum chemistry

  • 摘要: 量子计算机为量子化学的发展提供了新的机遇。本文开发了一个多功能、可扩展、高性能的软件包“量子平方”,用于发展量子化学领域的量子算法以及启发于量子计算的经典算法。使用“量子平方”软件包,可以便捷地将波函数和哈密顿量映射到量子比特空间中,然后根据软件内部集成的或由用户自主编写的量子算法生成对应的量子线路。之后,该线路可以被接入可用的量子计算机硬件,或者使用经典计算机上的量子线路模拟器运行。本文使用“量子平方”进行了高达72量子比特的模拟测试,测试结果展现了其优秀的性能。研究展示了“量子平方”软件包在分子体系和周期性体系模拟中的应用并给出了性能分析。

     

    Abstract: Quantum computers provide new opportunities for quantum chemistry. In this article,we present a versatile, extensible, and efficient software package, named Q2Chemistry, for developing quantum algorithms and quantum inspired classical algorithms in the field of quantum chemistry. In Q2Chemistry, the wave function and Hamiltonian can be conveniently mapped into the qubit space, then quantum circuits can be generated corresponding to a specific quantum algorithm already implemented in the package or newly developed by the users. The generated circuits can be dispatched to either a physical quantum computer, if available, or to the internal virtual quantum computer realized by simulating quantum circuits on classical computers. As demonstrated by our benchmark simulations, Q2Chemistry achieves excellent performance in simulating medium scale quantum circuits using the matrix product state algorithm. Applications of Q2Chemistry to simulate molecules and periodic systems are given with performance analysis.

     

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