在量子芯片上实现通用量子计算光谱学
光谱学是现代科学多学科发现的基石。实验光谱学通过散射或辐射测量探测材料特性,而计算光谱学则将理论模型与实验数据相结合以预测光谱特性,这对物理学、化学和材料科学的进步至关重要。然而,量子系统因其固有复杂性给计算光谱学带来独特挑战,当前量子算法仍主要局限于静态封闭量子系统。该研究团队提出并验证了一种突破这些限制的通用量子计算光谱学框架。通过利用相干控制的量子动力学,该方法能高效重构封闭与开放系统的光谱信息,并进一步适用于时间依赖的驱动系统。研究人员在可编程硅光子量子处理芯片上进行了实验验证,该芯片具有高保真时间演化模拟能力。该框架的普适性通过多种量子系统(包括自旋系统、非厄米系统及量子Floquet系统)的光谱计算得到证实,揭示了传统光谱学或量子本征态算法无法观测的新现象,如宇称-时间对称性破缺和拓扑 holonomy。数值模拟中对UQCS与现有量子算法进行了系统性基准测试,证明其具备前所未有的能力和卓越性能。该工作为量子频谱分析建立了抗噪声的变革性范式。
