耦合谐振子的量子模拟:从理论到实现

该研究团队针对Babbush等人(arXiv:2303.13012v3)提出的耦合谐振子量子模拟算法展开研究,该算法有望实现相对于经典方法的指数级加速。通过重点研究线性耦合谐振子链,团队开发并比较了该算法的三种具体实现方案,从而架设了理论与工程实践之间的桥梁。首先,团队实现了稀疏初始态制备与乘积公式(Suzuki-Trotter)哈密顿模拟相结合的方案;其次,构建了完全量子的基于预言机框架,通过预言机访问经典数据,采用块编码处理哈密顿量,并利用基于量子奇异值变换(QSVT)的哈密顿模拟进行时间演化;第三,提出了一种高效混合方案,将第一种方法的稀疏态制备流程与第二种方法的预言机-块编码模拟管线相结合。这些实现均部署于高阶量子设计平台Classiq,并提供了相应的资源基准测试。模拟结果表明,至少在线性耦合情况下可以规避Babbush团队提出的复杂初始态制备流程。最后,团队通过提取简正模和模拟粗粒度能量传递两个物理应用案例,阐明了该算法与可观测物理量的关联机制。这些研究成果明确了算法的资源需求,为实现实际量子优势提供了可行路径。

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提交arXiv: 2026-03-05 18:49

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