第 29 课 · Capstone 启动——任务书、技术路线、里程碑与评分标准 · Capstone

候选 B:VQE 小分子(数值演算)

  • 命题框:变分原理(Rayleigh–Ritz):$E(\theta) = \langle\psi(\theta)|H|\psi(\theta)\rangle \ge E_0$;$H = \sum_i c_i \cdot P_i$(泡利串分解)
  • 演算($H_2$ 简化模型,2 比特,系数单位 Ha):
    1. 目标哈密顿量:$H = -1.0523 \cdot ZZ + 0.39793 \cdot ZI - 0.39793 \cdot IZ + 0.18093 \cdot XX$;精确对角化参照 $E_0 = -1.23323$ Ha
    2. 初值演算(HEA:参数量 2 旋转 $\times$ 2 比特 $\times$ 2 层 = 8;初值种子 rng(0)):$\langle ZZ\rangle = +0.860$、$\langle ZI\rangle = +0.931$、$\langle IZ\rangle = +0.926$、$\langle XX\rangle = -0.013$ → $E(\theta^0) = -0.904902$ Ha
    3. 最优参数逐项复测:$\langle ZZ\rangle = +1$、$\langle ZI\rangle \approx \langle IZ\rangle \approx 0$(两个 Z 单项相消)、$\langle XX\rangle = -1$ → $E = -1.0523 \times 1 + 0.18093 \times (-1) = -1.23323$ Ha ✓
    4. 收敛与判据:155 次求值从 $-0.904902$ 压到 $-1.233230$,偏差 $7.55 \times 10^{-10}$ Ha $\ll$ 化学精度 $1.6 \times 10^{-3}$ Ha
  • 结果框:基态指纹 $(|00\rangle - |11\rangle)/\sqrt{2}$——$\langle ZZ\rangle = +1$、$\langle XX\rangle = -1$;shots 模式($N = 4096$)两次运行 $-1.208$(70 次)/ $-1.244$(84 次):$\sigma \propto 1/\sqrt{N}$,收敛值可低于 $E_0$(原理约束真实期望值,不约束含噪估计量)——这是 B 路线项目化的空间
  • 基变换规格:pauli_expectation——X 基测量前加 $H$,Y 基前加 $S^\dagger$ 再加 $H$,全转 Z 测量后按"偶宇称 − 奇宇称"统计
  • 标注:演示节点 1(现场运行 run_vqe_workflow(H2_LIKE, n_qubits=2, depth=2),看 155 次求值的收敛历史)
类型worked-example