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我们描述了位于化学与材料物理的核心问题 ， 量子动力学是计算任务的代表可以被量子计算机有效地处理 ， 除了初始状态的准备;量子基态和低能态测定 ， 量子化学的核心 ， 凝聚相电子结构 ， 量子分子光谱;和热平均或量子统计力学有限温度化学和物理 。 在下一节中 ， 本文从理论和实践两个方面对其现状进行了综述实现量子算法解决这些问题的挑战以及一些未来的方向 。
不管我们正在研究的问题是什么 ， 第一步都是量子模拟就是选择一种表示形式哈密顿量和状态 。 因此 ， 我们首先检查不同量子位表示的可能性 ， 这方面的开放性问题 。 量子基态算法分为几类 。 量子相位估计是接近精确特征态的确定 ， 但一直具有挑战性的实现到目前为止 。 一种互补的技术是准备精确 ， 基态通过规定的“精确”演化路径 ， 要么在实时绝热状态制备 ， 或在想象时间量子虚时演化 。
另一方面 ， 变分量子算法为引入具有可调电路深度的近似是通过非线性优化确定的 ， 通常实现在一个混合量子经典环 。 量子的多样性讨论了目前探索的用于量子基态确定的算法 。 而多项式时间算法的量子时间演化已经知道一段时间了 ， 157种算法用最优渐进复杂性以及有利的带误差和因子的缩放 ， 仍然是一个活跃的领域研究 。 此外 ， 还有许多工作要做以优化的哈密顿量模拟算法对化学和材料科学感兴趣 。
量子的时间进化是许多量子理论的基本组成部分算法 ， 如相位估计的现状 ， 本次对量子时间演化算法进行了综述如何最好地模拟化学和材料的热状态科学应用仍然是一个悬而未决的问题 。 各种各样的从本征态开始 ， 讨论了各种技术热化 ， 到状态制备方法 ， 到杂化量子经典算法 ， 尽管很少已经实现 。 目前热态方法的研究现状实施这些措施的前景以及其他悬而未决的问题 。 许多量子算法都涉及到与经典算法的交互数据和经典算法 。
这可以被利用 ， 在结构中加入经典的优化策略这种方法 ， 如变分量子算法另一个的多级/多尺度表示问题 。 量子嵌入为此提供了一个框架多尺度量子/经典杂化 ， 用量子耦合到经典子系统的表示环境 ， 或者另一个量子表示交换经典数据 。 我们讨论目前的状况混合量子经典算法和量子嵌入 。
开发改进时的一个重要考虑真正的化学和材料科学的量子算法 ， 问题是建立基准体系和结果最佳的经典模拟数据的可能性这种基准的前景将再次讨论 。 最后 ， 我们注意到我们采用的组织已经受到理论和技术差异的驱动 ， 因此我们不要试图描述历史发展和该领域的组织 。
【量子的时间演化】读者对最早的论文感兴趣在量子模拟中 ， 往往采用不同的语言从更现代的讨论 ， 不妨参考参考多体系统的量子位表示化学和材料物理中的多体系统就是这样由相互作用的电子和原子核组成的一个精确的量子力学处理涉及连续变量 。 比如粒子的位置和动量 。 模拟等数字计算机上的系统多体系统的无限维希尔伯特空间被截断 。
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