指数型Lindblad快速推进及特定Gibbs态特性的指数放大
该研究团队对林德布拉德方程的快速推进及其在估算吉布斯态性质中的应用展开研究。快速推进指用远少于t次查询或电路深度来模拟t时长的系统演化。虽然已知多种哈密顿系统可规避“不可快速推进定理”,但关于林德布拉德方程主导的耗散动力学的类似研究仍属空白。 研究人员首先提出一种量子算法,用于模拟具有酉跳跃算子的纯耗散型林德布拉德方程,在误差ε范围内实现加法查询复杂度O(t + log(ε⁻¹)/loglog(ε⁻¹)),优于现有算法。当跳跃算子具有特定结构(如块对角泡利算子)时,算法经改进可实现指数级快速推进,电路深度降至O(log(t + log(ε⁻¹)/loglog(ε⁻¹))),同时保持查询复杂度不变。 基于这些快速推进技术,该工作开发出估算形如〈ψ₁|e⁻ᵝᴴ⁺ᴵ|ψ₂〉吉布斯态性质的量子算法(H为哈密顿量,β为逆温度)。对于满足特定相干条件的输入态(如〈0|^⊗ⁿ e⁻ᵝᴴ⁺ᴵ|+〉^⊗ⁿ),相比基于量子奇异值变换方法复杂度Õ(ε⁻¹√β)的方案,新方法在复杂度(以电路深度衡量)上实现指数级提升达O(2⁻ⁿ/²ε⁻¹logβ)。对于一般态|ψ₁〉和|ψ₂〉,研究还揭示了改善程度如何随两态相干资源的变化规律。
