报告题目：周期性化学体系模拟在量子计算机上的算法实现
报告人：杨金龙院士，中国科学技术大学
时间：2020年11月28日9:00
地点：化学报告厅
报告摘要：
通过操纵物质的量子态并利用它们的量子叠加与纠缠等特性，量子计算机有望大大提高电子结构计算的效率。变分量子特征值求解方法（VQE）作为一种目前最主要的量子算法之一，能够有效地降低量子线路的深度以及压制量子噪声的影响, 适合用来在近期含噪中等尺度的量子器件上的实现量子计算。但是现有的VQE算法只能用来模拟分子等孤立化学体系，而固体材料模拟中一般面对的场景是周期性体系。我们首次基于数值模拟方法发展了真实周期性化学体系的量子算法。我们将现有的VQE算法推广到周期性体系，但数值量子模拟显示VQE的计算结果相对于精确的全组态相互作用（FCI）结果的出现明显偏离。其原因是对周期体系波函数是复数，VQE算法变分得到的解只满足反厄密收缩薛定谔方程的实部，不满足其虚部。为了解决这个问题，我们提出了两种改进方法。首先，我们提出通过多K点到Gamma点映射（K2G）的方法，避免了量子模拟过程中使用复波函数，从而将计算精度提高到与分子模拟相当的水平。其次，将VQE方法与量子子空间展开（QSE）方法结合，从而提高波函数和能量精度，并且能得到激发态的能量。基于这些算法，我们实现了一维氢原子链的量子模拟，为未来量子计算机在材料领域的应用奠定了基础。
报告人简介：
杨金龙教授1981至1985年在南京师范大学学习，获学士学位。1985至1991年在中国科学技术大学学习，分获硕士、博士学位。毕业后留校任教。曾在意大利Padova大学、Cagliari大学、国际理论物理中心、香港科技大学、东京大学、香港大学和新加坡国立大学等单位工作和访问。1996年起任中国科学技术大学教授。1997年任中国科学院选键化学重点实验室副主任，2004年任合肥微尺度物质科学国家实验室理论与计算科学研究部主任,2009年任化学与材料科学学院执行院长。2017年1月任中国科学技术大学校长助理，2018年4月起任中国科学技术大学副校长，2019年11月当选为中国科学院院士。杨金龙教授的研究领域为理论和计算化学，一直致力于发展与应用第一性原理计算方法与模型，研究小分子，原子团簇，固体表面与界面和纳米体系的结构和性质，注重和相关实验研究的配合与合作。已发表学术研究论文五百余篇，论文被引用二万余次。获得国家杰出青年科学基金资助，担任基金委创新群体负责人和国家重点研发计划项目首席科学家。应邀担任WIREs Computational Molecular Science和物理化学学报的副主编，Theoretical Chemistry Accounts、The Journal of Physical Chemistry、中国科学和化学物理学报的编委。入选美国物理学会（APS）的Fellow。
