IBM发布Qiskit Fermions 0.1.0

IBM Quantum正式发布Qiskit Fermions（v0.1.0），一款用于费米子体系的开源软件库与转译器扩展，可表示费米子算符、构建领域特定的费米子电路，并优化到量子比特架构的映射。该库基于高性能Rust核心构建，提供Python与C绑定，应对量子化学、凝聚态模拟等相互作用粒子物理问题与标准量子比特处理器之间的编译鸿沟。

Qiskit Fermions采用分层设计：核心框架为高性能Rust核心，上层提供Python API和C绑定，以Apache 2.0许可证开源。转译策略上，该库支持延迟费米子到量子比特的合成，并引入辅助量子比特辅助的流集编码。生态集成方面，它与ffsim（Fock空间模拟）直接对接，同时连接到基于采样的量子对角化（SQD）插件以及qDRIFT、SqDRIFT随机编译技术。

在编译流程上，传统量子化学工作流通常先通过Jordan-Wigner等变换将费米子哈密顿量映射为量子比特，再执行时间演化算法。Qiskit Fermions将这一顺序反转，在早期编译阶段将操作保留在领域特定的“费米子电路”层内，把到量子比特门的转换推迟到最终转译阶段，从而在更深的编译管线中维持物理对称性与粒子数守恒规则。

在1D Fermi-Hubbard时间演化基准测试中，借助辅助量子比特辅助的局域流集编码，粒子跳跃项被转换为单量子比特旋转，双量子比特门深度在4至100个位点的系统尺寸范围内保持恒定于12；作为对比，传统Jordan-Wigner Trotter化在100个位点时深度达到407。该扩展的编码通道可插拔，研究人员可使用内置转换通道或自定义费米子到量子比特映射，而无需改变高层算法逻辑。原生ffsim集成使电路能够在紧凑的费米子Fock空间而非规模为2^N的量子比特Hilbert空间中模拟，从而加速本地验证。

Qiskit Fermions由IBM研究人员Max Rossmannek、Jennifer Glick和Robert Davis开发，是IBM“效用映射工具”倡议的组成部分。该系列可复用领域模块旨在连接复杂物理问题定义与容错、错误缓解执行，并直接支持用于基态能量估计的SQD插件及SqDRIFT等随机编译技术。