哈密顿解码量子干涉测量
该研究团队提出“哈密顿解码量子干涉测量法”(HDQI),这是一种利用相干贝尔测量与泡利群辛表示的量子算法,可将吉布斯采样与哈密顿优化问题约化为经典解码问题。对于带符号泡利哈密顿量H和任意ℓ阶多项式𝒫,HDQI通过组合解决两个任务来制备密度矩阵的纯化态ρ𝒫(H)=𝒫²(H)/Tr[𝒫²(H)]:其一是解码由H定义的经典码上ℓ个误差,其二是制备编码H反对易结构的导引态。若选择𝒫(x)逼近exp(−βx/2),则可获得逆温度β下的吉布斯态;选用其他𝒫还能制备近似基态、微正则系综等谱滤波器。
该解码问题继承了H的结构特性——特别是局域哈密顿量会映射为LDPC码。对交换哈密顿量而言,导引态制备始终高效,但对非交换哈密顿量则极具挑战性。尽管如此,研究人员证明:当泡利哈密顿量的反对易图分解为对数尺寸连通分量时,该态允许高效的矩阵乘积态表示。
HDQI能为一类物理意义明确的交换哈密顿量(包括环面码、色码和Haah立方码)高效制备任意温度的吉布斯态,但该工作也为此开发了对应的高效经典算法,从而划定了经典模拟的效率边界。对于非交换半经典自旋玻璃及含量子缺陷的交换稳定子哈密顿量,HDQI被证明可在多项式量子资源与拟多项式经典预处理下,制备突破恒定逆温阈值的吉布斯态。这些成果使HDQI成为多功能的新算法原语,也是Regev约化方法向非阿贝尔群的首个拓展。