使用单一神经网络量子态同时逼近多个简并态

神经网络量子态(NQS)在近似量子多体系统基态方面表现卓越,但对简并流形所有态的近似仍面临高昂计算成本。该研究团队提出一种“单主干多头部”(ST-MH)的NQS集成架构:通过共享特征提取主干网络,同时为每个目标态配置轻量级头部网络。通过引入含正交项的代价函数,研究人员推导出在标准变分蒙特卡罗(VMC)流程中训练ST-MH所需的精确解析梯度与重叠导数。 研究证明:当潜在宽度为h的特征映射(附加常数项)的列空间包含目标态对数模量、(选定)相位分支及公共支撑集上非零常数的线性张成时,ST-MH能精确表示所有简并本征态。在此条件下,相较于其他算法,ST-MH能降低参数量并在中等简并度K值及主干主导区域,将主要VMC计算成本降低K倍。 作为原理验证,该工作选取周期环状晶格(最多8位点)上受挫自旋-1/2 J1-J2海森堡模型的Majumdar-Ghosh点进行ST-MH方法的数值验证与基准测试。通过获取动量本征态,实验表明ST-MH能在显著降低计算资源消耗的同时,在整个简并基态流形上实现高保真度与能量精度。最后,该研究提供了定性计算成本分析,阐明了在特定潜在宽度标准下ST-MH集成方法的适用优势。

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