适用于量子场论(包括QCD)量子模拟的指数级加速通用框架
该研究团队提出了一种可普遍应用于各类量子系统的量子仿真框架,包括量子色动力学(QCD)等量子场论。具体而言,该工作将文献[1]中为玻色子理论开发的高效量子仿真协议推广至同时含有玻色子与费米子的系统——通过引入Jordan-Wigner变换与Verstraete-Cirac变换。当采用orbifold晶格表述来模拟QCD时,该框架相较先前方案实现了指数级加速。作为衍生成果,Kogut-Susskind哈密顿量的量子模拟也获得指数加速,该哈密顿量正是orbifold晶格哈密顿量的特殊极限情况。 对于Ld空间晶格上的哈密顿量时间演化(通过Trotter化实现),每个Trotter步骤仅需消耗𝒪(Ld)数量的CNOT门、Hadamard门、相位门及单量子比特旋转门。研究人员通过解析方法证明该结论可适用于任意物质组分及SU(N)规范群(N任意取值)。即便采用Jordan-Wigner变换,该方案仍可通过量子门抵消效应显著简化量子电路。此外,该工作还探讨了基于Verstraete-Cirac变换实现哈密顿量线性组合单元块编码的方案。 该协议无需预设oracle,而是提供具有明确资源估算的显式构建方案(不存在隐形成本),因而能直接部署于量子计算机。
