准粒子变分量子本征求解器

该研究团队提出了一种基于动量空间的变分量子本征求解器(VQE)框架,用于在近期量子设备上模拟相互作用量子多体系统中的准粒子激发。通过利用哈密顿量的平移不变性及其他对称性,研究人员采用VQE对低能激发态进行定向模拟,重建了动量分辨的准粒子激发谱。该团队构建了一个具有平移对称性的变分拟设,旨在将通过费米子快速傅里叶变换(FFFT)电路与哈密顿量变分拟设(HVA)电路耦合,将具有确定动量q的自由费米子粒子-空穴激发态演化至相同动量下相互作用系统的激发态。尽管变分拟设中粒子数未明确守恒,但通过能量优化仍可达到正确的准粒子态。 研究人员在XXZ哈密顿量上对所提VQE方案进行性能基准测试——该模型在费米子表示中对应于Tomonaga-Luttinger液体。数值结果表明,在不同相互作用强度下,VQE能准确捕获该模型玻色子准粒子/双自旋子激发的低能激发谱。通过利用不同系统尺寸下VQE优化能量计算零动量附近色散曲线的斜率,该工作估算了准粒子的重整化速度,并证明其与Bethe拟设理论结果高度吻合。最后,研究人员重点阐述了将该VQE方案扩展应用于其他相互作用量子多体系统准粒子模拟的可行性。
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提交arXiv: 2025-11-20 19:00

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