通过波函数稀疏性工程实现的滤波器辅助量子子空间对角化

基于量子采样的子空间对角化技术,例如量子选态组态相互作用(QSCI)和基于采样的量子对角化(SQD),最近已成为一种有前景的以量子为中心的方法,用于近似多体系统的基态能量。然而,其性能从根本上受到采样效率与基态波函数稀疏性之间内在权衡的限制,这种权衡在强关联系统中尤为突出。本文提出了一种滤波器辅助的SQD协议,该协议通过量子滤波器(即对哈密顿量进行幺正变换,旨在将基态权重集中到少量计算基态上)来设计波函数的稀疏性。利用基尼系数作为稳健的稀疏性度量,该团队建立了波函数稀疏性与SQD资源需求之间的定量关系,为所需的子空间维度和采样成本提供了理论界限。为实现量子滤波器,该研究采用了一种基于张量网络的电路编码算法,该算法能够以可控保真度将目标态映射到量子电路。该团队利用数值模拟和量子硬件实验,在具有横向和纵向场的量子伊辛模型上对该方法进行了基准测试。结果表明,与标准SQD相比,所提出的协议显著增强了波函数稀疏性,将基态能量估计误差降低了数个数量级,并大幅降低了采样开销。这些发现确立了滤波器辅助子空间对角化作为一种强大且可扩展的框架,适用于强关联体系中的量子多体计算。
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提交arXiv: 2026-05-27 06:42

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