使用 Polfed.jl 计算量子多体系统的本征对
本文介绍 Polfed.jl,这是一个开源的 Julia 包,实现了多项式滤波精确对角化(POLFED)算法,用于计算量子多体哈密顿量的谱中特征值与特征向量(简称特征对)。获取这类特征对对于研究非平衡多体物理至关重要,但受限于希尔伯特空间维度的指数增长。POLFED 通过在 Lanczos 迭代过程中实时计算多项式谱变换来应对这一挑战,从而保持哈密顿量的稀疏性,并相比其他对角化方法大幅降低内存开销。该包支持灵活的能量定位、结构化哈密顿量的谱映射自动优化,以及 GPU 加速——由于主要计算成本简化为重复的稀疏矩阵-向量乘法,GPU 加速尤为有效。在无序自旋链和费米子模型上的基准测试表明,该方法能够处理比替代方法更大的系统尺寸,而 CPU-GPU 对比实验也证实了显著的加速效果。特别地,该团队还提供了构建量子太阳模型哈密顿量的代码,该模型是一个多体遍历性破缺相变的玩具模型。尽管本工作聚焦于多体哈密顿量,但 Polfed.jl 可应用于任何大型稀疏矩阵。

