量子计算为量子化学提供了新方法,尤其在处理复杂多电子分子系统和电子-声子耦合问题中展现出潜力.当今量子计算机正处于中等尺寸含噪量子(noisy intermediate-scale quantum, NISQ)时代,容错量子计算机尚未出现.在噪声的影响下,量子线路深度、量子比特数或量子门操作数的增加都会使得引入的误差不断累积,最终导致不准确的计算结果.因此在短时间内,量子计算的经典模拟仍具有重要意义,且人们迫切地需要改进量子算法来提升含噪量子计算机上化学模拟的稳定性.本文介绍了高效易用的TenCirChem量子计算软件包,该软件包为高效模拟变分量子算法提供了平台,在支持经典计算机模拟的同时还包含了真实量子硬件实验接口.本文还介绍了一系列基于TenCirChem开发的量子计算方法:(1)通过Clifford变换在确保化学精度的同时减少量子门操作的CHEM算法;(2)通过专门为量子计算化学设计参数优化策略,减少测量需求、提升噪声耐受性的SOAP算法;(3)可以大幅降低电子-声子系统模拟所需量子比特数和量子门数的变分基矢编码器.部分方法在NISQ设备上取得了优异的实验结果. TenCirChem软件包及这些创新性方法共同提升了量子计算在化学领域的应用潜力,特别是在分子模拟、药物研发、材料设计和电子-声子动力学等领域的应用,为NISQ时代如何解决实际化学问题提供了新方案.
