噪声量子计算机上的能带结构计算中的对称性检查

电子能带结构中的能带交叉现象对于决定固态系统中的电子、拓扑及输运特性至关重要,这使得该现象成为凝聚态物理与材料科学的核心研究内容。随着噪声中等规模量子(NISQ)处理器的出现,开发用于计算材料能带结构特性的量子算法引发了广泛关注。虽然已有大量研究报道了在噪声破坏简并性的条件下计算基态与激发态能带的方法,但利用量子计算机识别交叉点的对称性仍是悬而未决的问题。 该研究团队提出了一种在NISQ设备上识别双层石墨烯两种特定构型能带结构中交叉点与反交叉点附近能带对称性的方法。该方法通过使用接触点两侧相邻k点的本征态,借助具有辅助量子比特测量的特征检测量子电路进行概率性测试,从而恢复局域对称性。随后该团队在去极化噪声模型下评估了该方法的性能,采用四种不同的对称性操作矩阵表征来检验其鲁棒性。最终,通过在噪声IBM量子处理器ibm_marrakesh上实施特征检测电路,该工作成功验证了其可靠性——准确识别出AA堆垛双层石墨烯在K点附近的正确能带交叉特性。

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