二维Quon语言:统一Clifford、Matchgate及其他框架的桥梁
使用经典计算机模拟一般的量子态和动力学在实践上是难以处理的。然而,某些特殊类别——即Clifford电路和matchgate电路——允许高效计算。它们为研究多体物理、量子化学和量子计算提供了宝贵的工具。尽管这两类电路在多个学科中扮演着基础性角色,但它们可处理性的起源似乎截然不同,且它们之间的关系仍不明确。对这些可处理类别的深入理解可能会扩展其应用范围,并催生一系列新的应用。在该工作中,研究团队朝着统一理解Clifford和matchgate电路迈出了重要一步——这两类电路实际上是一个单一底层结构的不同特例。具体而言,该团队引入了二维Quon语言,该语言将Majorana世界线与其底层时空拓扑相结合,以图形化方式表示量子过程和张量网络。在完全一般性的情况下,二维Quon语言是通用的——能够表示任意的量子态、动力学或张量网络——但在描述Clifford和matchgate类别时,它尤其强大。每一类都可以通过Quon框架以视觉上可识别的方式高效表征。这种能力自然催生了该工作中引入的几类高效可计算的张量网络:穿孔matchgate、混合Clifford-matchgate-MPS,以及由可处理网络工厂生成的ansatze。所有这些网络都表现出高度的非Clifford性、高度的非matchgate性以及较大的二分纠缠熵。该团队讨论了该方法的一系列应用,从恢复已知结果(如Kramers-Wannier对偶性和Ising模型的星三角关系)到利用新颖的ansatz态实现变分优化。
