一种利用杂质模型和动态平均场理论高效模拟关联材料的量子计算方法

对强关联电子材料的精确理论描述是凝聚态物理和计算化学领域共同面临的前沿难题,也是量子计算的重要应用目标之一。动态平均场理论(DMFT)通过引入关联行为成功预测这类系统的特性,但其发展受限于杂质模型格林函数的计算瓶颈。该研究提出了一种适用于近期量子计算机的DMFT计算框架:通过利用杂质问题的结构特征,将基态的低秩高斯子空间表示与压缩型短深度量子电路相结合——该电路整合了高斯态制备与时间演化过程,从而高效计算所需格林函数。研究人员在无噪声环境下验证了基于高斯子空间的DMFT算法收敛性,并借助IBM量子处理器(使用8个物理量子比特和1个辅助比特)对三轨道耦合单杂质体系进行了格林函数提取,证实了电路压缩方案的硬件可行性。该工作进一步探讨了量子计算在材料科学领域这一应用场景的未来发展路径。

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