通过哈密顿量嵌入实现资源高效的输运现象量子模拟

输运现象在众多应用领域中起着关键作用,而对这些动力学过程进行高效模拟仍是一个重大挑战。虽然量子计算机具有实现显著加速的潜力,但现有算法要么缺乏严格的理论保证,要么需要大量量子资源,导致无法在真实量子硬件上进行可扩展的高效验证。为解决这一问题,该研究团队开发了一个用于模拟各类输运方程的综合框架,该框架既提供严格的理论保证(包括特定情况下的指数级加速),又具备系统化且硬件高效的实施方案。其核心方法是哈密顿量嵌入技术——一种用于稀疏哈密顿量端到端模拟的白盒方法,该方法避免了抽象查询模型,同时保持了近乎最优的渐近复杂度。实证资源评估表明,针对特定问题结构,该方法可实现电路深度的数量级降低(例如42倍)。该团队随后将框架应用于求解线性和非线性输运偏微分方程,并首次在离子阱量子计算机上完成了二维平流方程的实验演示。

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提交arXiv: 2026-02-03 04:44

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