模拟量子模拟器中编程实现长程相互作用

长程相互作用是众多平衡与非平衡量子多体现象的源头。基于离子、原子、超导和分子系统的类比模拟器,通过振动和光子介导过程为获取这类相互作用提供了天然平台。随着多模腔与波导集成技术、拉曼辅助跃迁等实验技术的突破,研究者已能动态调控这些相互作用的强度与空间范围,使其具备可编程特性。本文开发了一套混合经典-量子工具包,利用这种可调谐特性在多体态制备方面实现了超越固定连接架构的性能提升。该方案基于均匀小系统中的经典预编译技术,通过迭代外推将优化参数扩展至更大体系规模,并借助噪声感知混合重优化与误差缓解技术在量子硬件上进行精细化处理。研究团队在费米子、自旋-1/2和自旋-1等多种模型上验证该策略,在100至1000粒子规模的系统中实现了保真度与能量估计精度的数量级提升。最终研究表明,将这种高保真可编程态制备技术与可调谐非平衡动力学相结合,可在现有实验平台适用范围内实现多体热化的可控研究。这些成果确立了可编程长程相互作用作为新一代类比量子模拟器核心资源的战略地位。

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提交arXiv: 2026-04-24 12:06

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