基适应稀疏态量子电路模拟

多体量子系统的经典模拟只有在波函数振幅在工作基中保持局域化时才具有经济性。固定基稀疏态模拟器通过保留最大的计算基振幅,将内存规模控制为 𝒪(k);然而,一旦纠缠或基旋转将权重分散到希尔伯特空间中,保真度就会下降。本工作引入了一种名为基自适应稀疏态模拟(BASS)的算法,该算法在执行过程中更新每个量子比特的局域表示基,而非在整个电路中锁定计算基。在截断之前,每个量子比特被旋转到其单比特约化密度矩阵的本征基中,遵循量子化学中的自然轨道思想,从而使保留的振幅保持聚集。该工作证明了在任意固定基中,top-k 选择对于单步截断具有唯一最优性,并且单体约化密度矩阵本征基是逆参与率(PR)的平稳乘积基,其残差受局域纠缠相干性约束。该团队对各种量子电路进行了系统基准测试,并展示了比值 \(k/\text{PR}_Z\)(稀疏预算与计算参与率之比)可作为指示自适应测量基在何种情况下提供性能优势的指标。在结构化砖墙电路中,BASS 实现了比固定基方法显著更高的保真度,同时在内存受限的情况下仅适度增加了挂钟时间。此外,对于无序伊辛电路,在固定计算预算下,BASS 在状态重叠方面系统性地提供了约一个数量级的改进。

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提交arXiv: 2026-05-26 17:02

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