面向伊辛求解器的费米子晶格模型映射

该研究团队提出了一种端到端、对称性感知的转换流程,可将相互作用的费米子模型与量子自旋模型转化为适用于量子退火机的二次无约束二值优化(QUBO)问题,同时保持低能物理特性。该工作流程整合了布拉维-基塔耶夫编码、精确Z2对称性裁剪、夏-边-凯斯(XBK)对角化到Z-only形式、以及k-local到2-local的二次化转换,并通过丁克尔巴赫不动点方法在所得伊辛目标函数中恢复基态能量。该团队通过复杂度阶梯验证了这一方法:(i)在D-Wave Advantage量子处理器上运行的受挫二维伊辛模型复现了已知的铁磁体-条纹相变;(ii)一维伊辛模型的有限温度检验符合标准有限尺寸趋势;(iii)真正量子自旋目标(XXZ模型)在短链上与精确对角化(ED)结果匹配;(iv)一维环状结构(L=2-8)中相互作用的费米子(t-V模型)不仅呈现ED量级的能量值,还在V/t≈2附近出现预期拐点,而二维2x2团簇模型的能量斜率与ED结果一致(仅存在均匀偏移)。复制因子研究量化了精度与开销的权衡关系——当r~Nq时误差可降低一个数量级,但超过该值后收益递减。除经典伊辛基准测试和分子基准测试外,实验均采用D-Wave公开的DIMOD和Neal模拟器;附录中苯分子案例展示了该方法在非晶格体系中的可移植性。该成果为当前量子退火机映射量子物质问题建立了实用路径,并为保真度调控、资源分配和嵌入策略提供了明确的可控参数。

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