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量子计算中的变分量子本征求解器与量子优化算法.docx
资料介绍
量子计算中的变分量子本征求解器与量子优化算法
变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）是NISQ时代最重要的量子算法，适用于当前量子芯片的保真度和量子比特数量限制。VQE通过量子-经典混合计算求解量子系统的基态能量，在量子化学模拟中具有重要应用。QAOA求解组合优化问题，是量子计算在优化领域最有前景的算法之一。本文系统分析VQE和QAOA的原理、量子电路设计、经典优化方法以及应用案例。
变分量子本征求解器
VQE的基本原理
VQE是一种量子-经典混合算法，基本流程如下：
1. 使用参数化量子电路制备试探态
2. 测量哈密顿量的期望值
3. 使用经典优化器更新参数，最小化
4. 重复步骤1-3直到收敛
哈密顿量测量
VQE中哈密顿量的测量使用泡利算符分解：
其中为泡利字符串。通过测量每个泡利字符串的期望值，加权求和得到哈密顿量的期望值。
试探态电路
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