利用魔法输入对自由费米子动力学和量子化学进行经典模拟
确定经典可处理的费米子系统与能够实现真正量子优势的费米子系统之间的精确计算边界,是量子模拟领域的一个核心挑战。虽然将非高斯“魔法”输入注入自由费米子电路被广泛预期会产生难以处理的复杂性,但该团队(以下简称“该团队”)识别出了一个物理上合理的中间区域。在严格边界和数值证据的支持下,该工作表明,对于一类成对非高斯费米子态,在自由费米子动力学下,关键的量子模拟原语——跃迁振幅、重叠以及任意权重的数关联子——能够被有效近似到可加误差范围内。这种可处理性源于一种代数约化,它将指数级的多粒子干涉压缩为一个多元普法夫多项式(Pfaffian polynomial)的单一系数。由于这些经典估计器与使用 \( K \) 次测量射线的量子硬件所固有的 \( O(1/\sqrt{K}) \) 统计不确定性相匹配,它们构成了一个实用的基准。在此基础上,该团队为近期离子阱实验中非相互作用的淬火过程中的高权重威尔逊可观测量(Wilson observables)构建了一个可加误差估计器,从而提供了一个严格的经典基准。将该方法扩展到量子化学领域,该工作证明,基于强正交双子(strongly orthogonal geminals)反对称化乘积的核心重叠子程序能够实现精确的普法夫约化。最终,这些结果锐化了量子优势的边界,确立了成对电子支架实际上已被去量子化,并清晰地阐明了量子资源在哪些地方是不可或缺的。

