基于超导量子处理器的三能级Jaynes-Cummings动力学一阶与二阶数字量子模拟
该研究基于Jaynes-Cummings模型,在IBM量子超导处理器上实现了三能级原子系统与单模电磁场相互作用的数字量子模拟。研究团队采用两个物理量子比特编码一个量子三态系统(qutrit)来表示原子态,同时利用额外一个量子比特编码截断的场模,从而实现了有效的Λ型原子动力学。通过Suzuki-Trotter分解对演化过程进行离散化处理,将连续时间的光-物质相互作用以数字形式实现。与模拟实现不同,该数字模拟采用参数明确可控的量子门序列替代了连续演化过程。 相互作用哈密顿量导致的相位演化通过校准的Rz门进行数字编码,其旋转角度由物理相关耦合尺度及所选Trotter时间步长确定。量子态制备采用Hadamard门和参数化旋转门实现,而相互作用动力学则通过受控操作完成。一阶与二阶Trotter实现的对比分析揭示了数字精度与硬件噪声之间的权衡关系。总体而言,研究结果表明:在校准的门操作和噪声感知电路设计条件下,能在中等规模含噪声量子平台上可靠地实现多能级光-物质相互作用的数字模拟。
量科快讯
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