使用中性原子量子计算机进行材料的热力学采样

中性原子量子硬件已成为可编程多体物理研究的一个极具前景的平台。该研究团队开发并验证了一个实用框架,用于利用此类硬件提取材料的热力学性质。作为测试案例,研究人员考察了氮掺杂石墨烯体系——从密度泛函理论(DFT)形成能出发,通过拟合局域项和距离依赖的配对相互作用,将材料能量学映射至适合量子退火的里德堡原子哈密顿量。由于当前QuEra设备可实现的最大能量尺度比材料中目标二体相互作用小两个数量级,基于DFT推导的哈密顿量无法直接在该硬件上实施。为突破这一限制,该工作引入了基于单参数αᵥ的重标定策略,确保硬件采样的玻尔兹曼权重与材料在有效温度T'=αᵥT下的分布严格对应(其中T为设备采样温度)。这种标定方法还在全局激光失谐Δg与巨正则化学势Δμ之间建立了直接对应关系。该方法在28位点石墨烯纳米片上通过穷举法得到验证,并在78位点大体系中获得蒙特卡洛采样证实——该系统优先采样了低能构型。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-24 12:24

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