耦合系统退相干的量子算法:解耦与IQP对偶性

噪声和退相干效应在量子系统与外部环境耦合的动力学过程中无处不在。当环境关联快速衰减时,子系统的演化可通过林德布拉德量子主方程精确描述。该工作提出了一种无需额外辅助比特、通过采样酉量子通道来模拟幺正林德布拉德动力学的量子算法。研究表明,利用辅助量子比特,该算法同样能近似模拟一般性林德布拉德动力学。针对耦合两个子系统的相互作用退相位林德布拉德模型,研究人员开发了一种降低模拟电路复杂度的解耦方案——通过采样由某一子系统演化决定的时间关联概率分布,从而确定在互补子系统上实现的随机电路。该团队以玻色子通过退相位与费米子耦合的模型为例进行验证,该模型源自耦合浴的电子-声子系统中的非谐效应。该方法能追溯玻色子自由度,将部分动力学简化为瞬时量子多项式(IQP)电路的采样过程。采样获得的比特串可定义相应的费米子问题,在非相互作用情况下该问题可通过经典方法高效求解。基于“IQP电路采样经典计算困难”的已知结论,该研究对这类耗散问题的计算复杂度进行了探讨。

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提交arXiv: 2026-01-09 20:24

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