Resumo: Esta tese investiga se algoritmos quânticos baseados em amostragem podem fornecer
previsões quimicamente significativas para sistemas realistas em hardware pré-tolerante a falhas. Desenvolvemos e avaliamos um fluxo de trabalho “Modelar, Amostrar, Resolver”: construir Hamiltonianos compactos informados pelo material; gerar estados-teste rasos, guiados pela física, para amostrar o suporte de configurações; e resolver classicamente o subespaço resultante definido por medições. Após estabelecer uma linha de base de controle variacional (qubit-ADAPT-VQE) para quantificar precisão vs. profundidade/custo de medição, migramos para a Diagonalização Quântica por Amostragem (Sample-Based Quantum Diagonalization, SQD) e sua forma estendida (Ext-SQD), que desacoplam a preparação do estado da frágil otimização variacional e, em vez disso, baseiam-se na recuperação de configurações, em excitações pós-selecionadas e na diagonalização em subespaços.
Instanciamos esse programa em dois cenários. (i) Reações de superfície embutidas em
interfaces Li–O2: geometrias periódicas de DFT alimentam análises de diferença de densidade e orbitais naturais de coupled-cluster para definir espaços ativos centrados em
HONO/LUNO; ensaios rasos de Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) permitem estimativas via SQD/Ext-SQD de energias do estado fundamental e de reação que acompanham referências de Interação de Configurações (CI) selecionada dentro de tolerâncias de exatidão química em tamanhos viáveis. (ii) Bordas de banda periódicas em óxidos compactos: KS-DFT é projetada em matrizes de tight-binding e aumentada com parâmetros U locais e V intersítio auto-consistentes para formar modelos de Hubbard Estendido. Lacunas diretas em Γ são calculadas a partir de estados fundamentais de muitos corpos em óxidos metálicos com 38–46 orbitais de spin.
Além dos resultados, a tese contribui com interfaces padronizadas e orientadas a dados
(instâncias e descritores de tight-binding/Hubbard Estendido) que conectam a construção
de modelos a experimentos quânticos com relato transparente de recursos (qubits, profundidade, contagem de portas de dois qubits). A conclusão geral é pragmática: amostragem + diagonalização fornece uma rota crível no curto prazo para benchmarks de nível CI de reatividade e bordas de banda nos dispositivos atuais. Além disso, delineamos um roteiro em etapas que posiciona esses fluxos de trabalho para crescimento incremental, mantendo a verificação em relação a linhas de base clássicas.
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