自适应时间压缩量子虚时演化(ACQ)及其几何解释

制备给定哈密顿量的基态是一项在材料科学、化学乃至某些优化问题等领域都具有重要意义的计算任务。对于大型强关联系统而言,无论是经典硬件还是量子硬件,高效制备基态都具有挑战性。借鉴经典优化方法(如动态优化技术),研究人员可以推导出避免直接谱分解且适用于Trotter化方法的谱分解方式。其中虚时间演化(ITE)制备基态就是一个典型案例——从物理角度可将其理解为自然冷却过程。其量子版本QITE(量子虚时间演化)旨在量子计算机中实现ITE。本文提出了一种新型QITE算法,该算法通过利用底层几何特性来降低算法运行时间和电路深度。具体表现为:采用迭代线性搜索方法进行能量最小化,并运用牛顿法推导QITE每次迭代的最优时间步长。电路深度的缩减将通过将QITE算法估计得到的酉算子近似为单参数群元素来实现,从而使其在量子电路中可表达为单一酉算子。此外,研究团队通过数值研究确定了保真度随不同截断参数的标度关系,并给出了相应的量子门数量估算。
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提交arXiv: 2025-10-17 16:04

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