基于样本的Krylov量子对角化方法在受挫晶格上对海森堡模型进行基态估计
受挫晶格的量子自旋模拟对经典算法和量子算法仍然充满挑战,特别是在与量子自旋液体(QSL)相相关的参数区间内。该工作应用基于样本的Krylov量子对角化(SKQD)方法来估计反铁磁XXZ海森堡模型在 \(J_1\)--\(J_2\) 方形晶格、Kagome晶格和一维链上的基态,研究了从12到72个自旋的系统尺寸。在该团队对SKQD的应用中,识别出 \(Δ=2\) 的ZZ变形是一个足够稀疏的哈密顿量,并针对自旋模型引入了SKQD框架的两项改进:一种规范比特串压缩方案,可在自旋翻转简并性下保持构型恢复的有效性;以及使用多个Krylov子空间来在不增加任何量子资源的情况下改善基态覆盖。对于一维链和Kagome晶格,SKQD在多达24个自旋的系统尺寸上实现了低于百分之一的基态能量误差,包括在12位点Kagome晶格上达到 \(0.002\%\) 的相对误差,超越了同一系统上先前最佳的VQE结果 \(0.01\%\),且无需任何变分优化。SKQD进一步将系统尺寸扩展到远超先前量子算法研究范围的程度,在所有三种几何构型上均达到了72个自旋。在24个自旋以上,精度退化至72位点时的 \(19\%\) 到 \(36\%\) 的相对误差,但误差随系统尺寸的渐近缩放表明,这些限制是由可用的采样预算和电路深度所设定,而非根本性的算法约束。尽管经典张量网络方法在这些模型上仍处于最先进水平,该工作为受挫海森堡模型的量子模拟建立了新的基准,并展示了SKQD作为一种可扩展、硬件兼容的方法,用于研究强关联自旋系统。

