[发明专利]用于量子计算使能的分子从头算模拟的方法和系统

权利要求书

1.一种用于执行化学系统的量子机械能或电子结构计算的方法，所述方法由混合计算单元来实现，所述混合计算单元包括至少一个经典计算机和包括多个非经典计算机的分布式计算系统，所述方法包括：

(a)将所述化学系统的构象集合内的至少一种构象分解成多个分子片段；

(b)使用所述混合计算单元确定所述多个分子片段的至少一个子集的量子机械能或电子结构；

(c)组合(b)中确定的所述量子机械能或电子结构；以及

(d)电子形式地输出指示在(c)中组合的所述量子机械能或电子结构的报告。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个非经典计算机包括至少一个量子计算机。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个量子计算机包括选自以下的一个或多个组件：量子硬件设备和量子电路的经典模拟器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个非经典计算机包括不同类型的非经典计算机。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子机械能中的量子机械能包括核-核排斥能。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向所述混合计算单元提供输入，所述输入包括用于所述化学系统的一组原子坐标。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对所述化学系统的构象的所述集合内的两个或更多个构象执行(a)-(c)。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括对所述多个分子片段的所述至少子集的所述组合的量子机械能或电子结构进行分类。

9.根据权利要求1所述的方法，其中(a)包括应用选自以下的一个或多个组件：碎片分子轨道理论(FMO)方法、分治算法(DC)方法、密度矩阵嵌入理论(DMET)方法、密度矩阵重整化群(DMRG)方法、张量网络和增量方法。

10.根据权利要求1所述的方法，其中(b)包括：

确定所述多个分子片段的所述至少子集的分子片段的费米哈密顿量；

将所述费米哈密顿量转换为等效的量子位哈密顿量；

将所述量子位哈密顿量转换为量子电路；并且

使用所述量子电路确定所述分子片段的量子机械能或电子结构。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括使用分子哈密顿量确定所述量子机械能或电子结构。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括使用电子哈密顿量确定所述量子机械能或电子结构。

13.根据权利要求10所述的方法，其中将所述费米哈密顿量转换为等效的量子位哈密顿量包括将哈密顿量的费米运算符转换为量子位运算符。

14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括执行所述化学系统的从头算分子动力学(AIMD)模拟。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述AIMD模拟包括：

在(a)之前，获得化学系统的指示，所述指示包括所述化学系统中多个粒子的每个粒子的坐标和所述化学系统中每个粒子的速度；并且

在(c)之后：

(i)从所述组合的能量或电子结构确定所述化学系统中每个粒子上的力；

(ii)更新所述化学系统中所述每个粒子的所述坐标和所述化学系统中所述每个粒子的所述速度；并且

(iii)电子形式地输出指示所述坐标或所述速度的报告。

16.根据权利要求15所述的方法，其中(i)包括将用于数值梯度估计的Jordan量子算法应用于所述量子机械能或电子结构。