优化开放量子晶格模型的数字量子模拟
凝聚态物理和量子光学中出现的多体系统不可避免地会与环境耦合,需建模为开放量子系统。虽然目前已有接近最优的算法用于模拟多体量子动力学,但其开放系统对应算法的研究仍显不足。该工作针对与稳态高斯环境相互作用的几何局域多体开放量子系统模拟问题展开研究。在系统-环境相互作用满足平滑性假设的条件下,研究人员开发出接近最优的算法:对于包含N个自旋且演化时间为t的模型,该算法能以𝒪(Nt(Nt/δ)^(1+o(1)))门操作、𝒪(t(Nt/δ)^(1+o(1)))并行电路深度及𝒪~(N(Nt/δ)^(1+o(1)))辅助比特,实现系统态模拟误差δ。该团队还证明,若仅需模拟局域可观测量,数字算法的电路深度可与系统规模N无关。这为在容错前设备上模拟以局域观测量为研究重点的物理相关模型提供了理论依据。最后,针对具有对易跳变算符的马可夫动力学极限情况,该工作提出分别基于维纳过程采样和局域扩张哈密顿量构造的两种算法,这两种算法在所需几何局域门数量方面,相比现有算法降低了关于N的渐近门复杂度。
