Más allá de H₂: VQE en Química Cuántica

Abstract

El cálculo de energías del estado fundamental escala exponencialmente con el número de electrones, lo que motiva el VQE (Variational Quantum Eigensolver), un algoritmo híbrido cuántico-clásico. Se evalúa el VQE en H₂, LiH, H₂O y N₂ (4–12 cúbits) bajo simulación ideal, ruidosa y con extrapolación a ruido cero (ZNE), comparando los ansätze TwoLocal, EfficientSU2 y UCCSD con los optimizadores COBYLA, SLSQP y SPSA. Con evaluaciones exactas, SLSQP es el optimizador HEA más preciso y alcanza la precisión química en LiH (0.0011 Ha), pero diverge bajo ruido de disparo, donde solo SPSA converge de forma robusta. UCCSD reproduce la energía exacta del espacio activo en H₂ y LiH. Con ZNE, TwoLocal+SPSA llega a 0.002 Ha en LiH. En N₂, el HEA captura la mayor parte de la correlación del triple enlace pero no la precisión química. El factor limitante es la elección del optimizador, no la fidelidad estimada del circuito.