[发明专利]一种确定分子振动频率的方法及装置

说明书

本发明公开了一种确定分子振动频率的方法及装置，方法包括：获得待确定分子的试验态，并计算当前试验态对应的能量期望，判断试验态对应的能量期望是否满足待确定分子基态能量的计算终止条件，若是，则基于当前能量期望作为待确定分子的基态能量，并计算海森矩阵，否则，更新试验态，计算更新后的试验态对应的能量期望，继续执行判断试验态对应的能量期望是否满足待确定分子基态能量的计算终止条件的步骤，直至获取满足计算终止条件的待确定分子的基态能量及待确定分子基态能量的海森矩阵，根据待确定分子基态能量的海森矩阵，计算待确定分子的振动频率，利用量子的相关特性，加速分子振动频率的求解过程，优化求解方式并提高求解速度。

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别是一种确定分子振动频率的方法及装置。

背景技术

量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。

随着量子化学理论的不断完善，计算化学已经成了化学工作者解释实验现象、预测实验结果、指导实验设计的重要工具。但是，面对计算化学所涉及的巨大计算量，经典计算机在计算精度、计算尺寸等方面显得能力有限，这就在一定程度上限制了计算化学的发展，由此导致用户对目标分子体系进行模拟计算的应用不强，影响量子化学模拟应用的进一步发展。

分子振动频率是一个重要的物理量，可以反应分子的振动方向和振幅，帮助研究分子的运动规律，还可以计算红外光谱、热力学量(如熵和自由能)等，被应用于化学反应模拟、材料研究等领域。在经典计算机上进行分子模拟时，体系基态能量的计算量随体系电子数目的增加呈指数级增长，经典计算机在计算精度和计算范围上都面临巨大困难，而利用微观粒子叠加性和纠缠性的量子计算机是解决该问题的一种新方法。

因此，提出一种新的计算分子振动频率的方法，以克服上述现有技术中的缺陷，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定分子振动频率的方法及装置，以解决现有技术中的不足，它通过提出一种新的确定分子振动频率的方法，利用量子的相关特性，加速分子振动频率的求解过程，优化了求解方式并提高求解速度。

本申请的一个实施例提供了一种确定分子振动频率的方法，所述方法包括：

获得待确定分子的试验态，并计算当前所述试验态对应的能量期望；

判断所述试验态对应的能量期望是否满足所述待确定分子基态能量的计算终止条件，其中，所述计算终止条件为当前能量期望与前次确定的能量期望的差值符合精度；

若是，则基于当前所述能量期望作为所述待确定分子的基态能量，并计算所述待确定分子基态能量的海森矩阵，否则，更新所述试验态，计算更新后的试验态对应的能量期望，继续执行所述判断所述试验态对应的能量期望是否满足所述待确定分子基态能量的计算终止条件的步骤，直至获取满足所述计算终止条件的所述待确定分子的基态能量及所述待确定分子基态能量的海森矩阵；

根据所述待确定分子基态能量的海森矩阵，计算所述待确定分子的振动频率。

可选的，所述获得待确定分子的试验态，包括：

根据预先选择的拟设方式和所确定的待确定分子的Hartree Fock态，获得所述待确定分子的试验态。

可选的，所述计算当前所述试验态对应的能量期望，包括：

通过以下算式计算试验态对应的能量期望：

其中，n表示计算试验态对应能量期望的循环次数，E(n)为当前试验态|Ψ(n)对应的能量期望，为待确定分子的哈密顿量，h_α为电子积分相关系数，为泡利字符串形式的算符。