Introdução à Biblioteca de Química QuânticaIntroduction to the Quantum Chemistry Library

Desde há muito que a simulação de sistemas físicos tem vindo a desempenhar um papel central na computação quântica.Simulation of physical systems has long played a central role in quantum computing. Tal acontece porque muitos acreditam que a dinâmica quântica é difícil de simular em computadores quânticos, o que significa que a complexidade da simulação do sistema varia exponencialmente em dimensão de acordo com o tamanho do sistema quântico em questão.This is because quantum dynamics are widely believed to be intractable to simulate on quantum computers, meaning that the complexity of simulating the system scales exponentially with the size of the quantum system in question. A simulação de problemas na química e na ciência material continua a ser, talvez, a aplicação mais evocativa da computação quântica e permitir-nos-ia investigar mecanismos de reação química que até agora estavam além da nossa capacidade de medição ou de simulação.Simulating problems in chemistry and material science remains perhaps the most evocative application of quantum computing and would allow us to probe chemical reaction mechanisms that hitherto were beyond our ability to measure or simulate. Também nos permitiria simular materiais eletrónicos correlacionados, como supercondutores a alta temperatura.It would also allow us to simulate correlated electronic materials such as high-temperature superconductors. A lista de aplicações neste espaço é longa.The list of applications in this space is vast.

A finalidade desta documentação é fornecer uma introdução concisa à simulação de problemas da estrutura eletrónica em computadores quânticos para ajudar o leitor a compreender a função que muitos aspetos da biblioteca de simulação Hamiltoniana desempenham no espaço.The purpose of this documentation is to provide a concise introduction to simulating electronic structure problems on quantum computers in order to help the reader understand the role that many aspects of the Hamiltonian simulation library play within the space. Vamos começar com uma breve introdução à mecânica quântica e, em seguida, vamos analisar como os sistemas eletrónicos são modelados.We begin with a brief introduction to quantum mechanics and then proceed to discuss how electronic systems are modeled in it. Posteriormente, vamos abordar como essa dinâmica quântica pode ser emulada com um computador quântico.We will then discuss how such quantum dynamics can be emulated using a quantum computer. Depois de concluída esta parte, vamos falar de dois métodos utilizados para compilar a dinâmica quântica em sequências de portas elementares: decomposições de Trotter-Suzuki e “qubitization”.Once this is complete we will discuss two methods used to compile the quantum dynamics to sequences of elementary gates: Trotter-Suzuki decompositions and qubitization.