DFT di Kohn-Sham autoconsistente per la computazione quantistica: orbitali ortonormalizzati rispetto alle onde piane con un eigensolver quantistico a doppia base

Abstract degli autori

Presentiamo un metodo di teoria del funzionale della densità di Kohn-Sham in prima quantizzazione, all’elettrone e a potenziale completo, per computer quantistici, basato su un eigensolver a circuiti quantistici ottimizzato classicamente per i problemi agli autovalori del campo autoconsistente (SCF) in qualsiasi base ortonormale. La base di orbitali ortonormalizzati rispetto alle onde piane (PWOO) combina le onde piane con gli orbitali atomici (AO), ortonormalizzati rispetto alle onde piane e tra loro. L’eigensolver ha una formulazione a doppia base: dopo passaggi iniziali di bootstrap nella base completa, risolve ogni passaggio SCF in una base contratta di $K$ funzioni ($\lceil\log_2 K\rceil$ qubit), aggiornata nella base completa quando il residuo al di fuori di essa supera una soglia. Per una catena H$_8$ (SVWN, $K=8$), lo SCF emulato con vettori di stato concorda con i calcoli classici entro 0,02 mHa per 32.768 onde piane e basi PWOO fino a cc-pVTZ; la contrazione modifica queste energie PWOO al massimo di 5,7 $μ$Ha. Con rumore di conteggio emulato, lo SCF PWOO STO-3G converge in prossimità del punto fisso privo di rumore. Su IonQ Forte-1, la lettura con un registro di tre qubit riproduce la differenza di energia PWOO-AO priva di rumore entro una deviazione standard.