利用非变分量子算法加速自旋适应基态制备

为制备自旋适应基态(即受外部指定的总自旋量及自旋z分量约束的希尔伯特空间内能量最低态),研究人员已探索了多种方法。在此类问题设定中,变分法与不变分法通常会在原始哈密顿量中加入惩罚项以实现约束。虽然变分法计算总自旋量惩罚项仅需O(n²spin)次测量,但不变分法(如概率虚时演化或绝热时间演化)预计需要更高计算量,直观上需O(n⁴spin)个量子门操作。该工作提出了一种基于不变分量子算法获取自旋适应基态的新流程,该方法包含两个步骤:第一步制备自旋量适应态,第二步通过后处理获得目标Sz态。这种分步处理将惩罚项数量从O(n⁴spin)降至O(n²spin),同时获得所需的自旋适应基态。该研究团队对自旋-1/2海森堡环模型及三核锰系统进行了数值实验,结果证实了方法的有效性:不仅显著降低了量子门复杂度,更验证了其实用价值。

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