eCAS: un metodo di embedding orbitale per la computazione quantistica

Abstract degli autori

I futuri computer quantistici tolleranti ai guasti ci permetteranno di calcolare le strutture elettroniche di sistemi atomistici. Tuttavia, le loro dimensioni saranno intrinsecamente limitate, rendendo necessarie teorie di embedding per molti sistemi, a causa della sfavorevole scalabilità del numero di termini che descrivono l’interazione elettrone-elettrone nell’Hamiltoniana elettronica in seconda quantizzazione. Le teorie di embedding quantistico affrontano questa sfida suddividendo un sistema quantistico in una regione di interesse, l’impurità, e nel suo complemento (più ampio), l’ambiente. Tuttavia, i metodi di embedding quantistico attualmente disponibili impongono requisiti stringenti ai computer quantistici del prossimo futuro, come la necessità di misurare matrici densità ridotte o di effettuare valutazioni ripetute. Qui presentiamo il nuovo metodo di embedding orbitale eCAS, che evita questi ostacoli costruendo un problema multi-CAS, i cui spazi attivi sono localizzati e possono essere risolti indipendentemente l’uno dall’altro con qualsiasi algoritmo quantistico. Questo consente anche di sviluppare espressioni del gradiente relativamente semplici. eCAS sfrutta la decomposizione di Schmidt per costruire orbitali iniziali dell’impurità e del bagno e li integra con orbitali dell’ambiente localizzati, sulla base di un criterio di correlazione reciproca. Il criterio di correlazione reciproca rende eCAS sistematicamente migliorabile, senza bisogno di quantità determinate iterativamente.