用于模拟置换等变量子电路的实用框架

理解哪些量子电路的子类可被经典计算机高效模拟,是界定经典计算与量子计算边界的基础性问题。在此背景下,学界公认基于置换等变酉算子(即其作用与对称群Sn的比特置换表示可交换的n量子比特电路)的特定任务可在多项式时间内模拟。然而现有方法的时间复杂度高达O(n7),计算成本会迅速攀升至难以承受的程度。该研究工作提出了一种实用算法,在假设门生成元至多为k-local(k∈O(1))的条件下,可高效模拟Sn等变电路。该方法对恒定深度的电路仅需O(nω+1)时间(ω为矩阵乘法指数),相比现有技术显著降低了多项式次数。最后通过数值模拟Lipkin-Meshkov-Glick模型的动力学演化验证了该算法的规模特性:对于n=512的自旋系统,一台标准笔记本电脑可在两分钟内计算出演化态的共现度。

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提交arXiv: 2026-03-13 15:18

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