通过哈密顿量与林德布拉德算子学习实现有界误差量子模拟

模拟量子模拟器为探索超越经典计算的强关联多体动力学提供了途径,但其预测能力仍因缺乏定量误差评估而受限。建立严格的误差界限对于将此类设备从定性演示提升为定量科学工具至关重要。本研究提出了有界误差量子模拟的通用框架,该框架通过实验可量化的不确定度为多体可观测量提供预测。该方法将哈密顿量学习与林德布拉德学习(对支配动力学的相干与耗散生成元进行统计严格推断)相结合,并将其不确定性传递至模拟观测量,从而获得直接从实验数据导出的置信区间。 研究团队在实现长程伊辛相互作用、包含多达51个离子的囚禁离子量子模拟器上验证了该框架,并在可进行经典对比的案例中予以证实。误差界限分析分为两个层面:首先,通过淬火动力学初始时间窗口采集的实验数据学习开放系统模型,模拟相应主方程,并定量验证理论预测与长时间尺度测量动力学的一致性;其次,完全基于实验测量数据(无需依赖经典模拟)直接建立误差界限——这对实现量子优势领域至关重要。所学习的模型在预测界限内复现了实验演化过程,证明了定量可靠性与内在自洽性。 有界误差量子模拟为可信赖的模拟量子计算提供了可扩展基础,弥合了实验平台与预测性多体物理之间的鸿沟。本研究所提出的技术方案可直接拓展至数字量子模拟领域。
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提交arXiv: 2025-11-28 17:33

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