量子相位估计中的Trotter误差与轨道变换

采用Trotter乘积公式的量子计算实现方式简单直接,且在逻辑量子比特资源消耗方面开销较小。需要注意的是,轨道基的选择会显著影响电路深度——局域化轨道基能实现最浅的电路深度。然而现有文献表明,局域化轨道基会导致较大的Trotter误差。为此,该研究团队系统探究了轨道变换对Trotter误差的影响,并提出三种通过轨道变换降低误差的策略:(i)预先选择能产生低Trotter误差的轨道基;(ii)构建能获得无Trotter误差基态能量的轨道基(研究团队发现Trotter误差在Givens旋转参数中呈连续函数,由此可推导该误差在轨道变换过程中的连续性);(iii)在Trotter步骤间应用改变计算基的传播算子。数值实验表明,通过轨道变换可靠地降低Trotter误差具有挑战性。尽管解析表达式提出了减小误差的途径,但难以推导出普适性的低误差方案。尤为重要的是,该工作发现分子体系计算中局域化轨道基不会产生显著Trotter误差,这一发现为高效量子相位估计算法设计提供了重要依据。

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提交arXiv: 2026-02-21 17:39

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