最近北京大学物理学院技术物理系裴俊琛，许甫荣课题组在原子核第一性原理量子计算取得了重要进展，显著缓解了量子计算效率与精度的瓶颈问题，论文发表在Science Bulletin。
量子计算有可能带来指数级的算力飞跃，从而为科学研究带来了巨大机遇。原子核是一个强关联的量子多体体系。第一性原理核结构计算对可靠预言极端条件下的核结构与核物质十分必要，但是在经典超级计算机上开展第一性原理计算随核子数增加很快遇到算力天花板。所以开展大范围的原子核第一性原理计算寄托在量子计算上。
左图：通过GC分组测量方法可以把测量耗时减少2~3个量级。右图：通过对称性投影测量显著改善了量子计算的精度，而正常测量偏离基准2倍以上。
目前量子计算机处于NISQ（含噪声中等规模量子）时代，对核结构的量子计算还比较初步。 量子计算机受量子门的噪音影响，一些高效的量子算法都不再适用，而应用最广泛的是经典-量子混合的量子变分算法VQE。该课题组的研究采用16个含噪音的量子比特，基于无核芯壳模型NCSM开展了第一性原理量子模拟计算轻核3H，其哈密顿量包含了手征两体与三体核力。此前核结构量子计算均采用有核芯的组态相互作用壳模型，这是首次实现基于现实核力的无核芯的第一性原理量子模拟计算。加入三体核力不用改变量子线路，但是对哈密顿量的测量耗时却急剧增加。 针对VQE算法测量耗时大这一瓶颈问题，研究团队通过分组同时测量和逐阶优化方法极大地提升了VQE的效率，其中对3H的计算效率提升达3个量级。此外通过对称性投影测量，特别是针对噪音导致粒子数不守恒问题，可以将误差减小数倍。通过对计算效率的极大提升和对误差的显著压低，该工作为实现轻核的第一性原理量子计算迈出了实质性的一步。
此前课题组在国内率先开展了基于真实超导量子计算机求解热激发的对关联哈密顿量的创新工作（Phys. Rev. C 107, 044308（2023））。本工作把量子计算与许甫荣团队的第一性原理计算进行了成功的交叉融合。论文第一作者为博士生蒋崇基，通讯作者为裴俊琛，其他合作者也都做出了重要贡献。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.02.052
