基于局域时间依赖变分原理的量子电路模拟
量子电路的经典模拟对于评估潜在量子优势与基准测试至关重要,但需采用精密方法来避免资源呈指数级增长。目前张量网络方法——尤其是矩阵乘积态(MPS)结合时间演化块消减(TEBD)算法——主导着大规模电路模拟领域。这些方法在纠缠受限时具有高效扩展性,但会随纠缠增加而遭遇键维数快速膨胀问题,且需通过高成本的SWAP操作处理长程量子门。受多体物理中时间依赖变分原理(TDVP)成功应用的启发,该团队将量子电路重新诠释为离散时间演化序列,利用门生成元通过局域TDVP框架构建基于MPS的电路模拟。该方法从两方面突破TEBD的核心局限:(1)自然兼容长程量子门;(2)在MPS流形上最优表征量子态。通过更全局化的纠缠扩散,新方法有效抑制局域键维数增长,降低内存与运行时消耗。研究团队在五个49量子比特电路(三个哈密顿量电路:一维开放/周期性海森堡模型、二维7×7伊辛模型;两个算法电路:量子近似优化、硬件高效拟设)上测试表明,相较标准工具,该方法在所有案例中均实现显著资源节约,确立了电路模拟的新技术标杆,将推动量子计算、凝聚态物理等领域的突破性进展。
量科快讯
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