量子多体,量子模拟比预期更稳定!

科技工作者之家 2019-06-20

来源:天文物理


定位现象提高了用量子计算机解决量子多体问题的准确性,这些问题对传统计算机来说是一个挑战,这使得使用现有的量子器件进行数字量子模拟成为可能。量子计算机有望比任何经典计算机以指数级的速度解决某些计算问题。德国德累斯顿普朗克复杂物理研究所的马库斯·海尔说:利用数字量子模拟概念来解决量子多体问题是一个特别有前景的应用。这样的模拟可能会对量子化学、材料科学和基础物理产生重大影响。

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博科园:在数字量子模拟中,目标量子多体系统的时间演化是通过离散化时间演化的基本量子门序列来实现,这个过程称为Trotterization。然而,一个基本的挑战是控制一个内在误差源,这似乎是由于这种离散化。发表在《科学进展》(Science Advances)上的一篇研究论文指出,通过量子干涉来限制时间演化的量子定位,对局域观测数据的这些误差具有很强约束作用。

比预期更稳定

因此,数字量子模拟在本质上比人们对全球多体波函数已知误差范围的预期要稳定强大得多。这种鲁棒性的特征是一个尖锐阈值,作为利用时间粒度的函数,测量所谓的小跑步长。阈值将具有可控步进误差的规则区域(系统在时间演化算子的特征态空间中表现出局域性)与量子混沌区域(误差迅速累积,使得量子模拟结果无法使用)分离开来。研究结果表明,数字量子模拟中相对较大的步长可以为局部观测保留可控步长误差。

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从本质上讲,数字量子模拟要比人们对全球多体波函数已知误差边界的期望更加稳定。图片“IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

因此,有可能减少量子门操作的数量。以真实地表示所需的时间演化,从而减轻不完美的单个门操作的影响。这使得数字量子模拟经典具有挑战性的量子多体问题在当前的量子器件中触手可及。

数字量子模拟(DQS)的一个基本挑战是控制一个固有误差,当将一个量子多体系统的时间演化离散为一个量子门序列时,就会出现这种误差,称为Trotterization。新研究证明了量子局域化(通过量子干涉来约束时间演化)

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对局部可观测的这些误差有很强限制,导致了与系统大小和模拟时间无关的误差。因此,DQS本质上比全局多体波函数已知误差界限的鲁棒得多。这种鲁棒性的特征是一个尖锐的阈值作为一个函数步大小,它分离了一个局部区域与可控蹄步误差从量子混沌体制。研究结果表明,对于局部观测值,具有较大步长的DQS可以保持可控的误差。因此,可以减少门操作的数量,以忠实地表示所需的时间演变。

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博科园|研究/来自: 因斯布鲁克大学


来源:tianwenwuli 天文物理

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