高效构建时不变过程张量以模拟高维非马尔可夫开放量子系统

现有获取非马尔可夫开放量子系统精确动力学特性的数值方法,大多仅适用于小型系统或短时演化过程。该研究团队提出了一种新型算法,用于计算过程张量(即表征环境影响的矩阵乘积算子表示),在保持模拟时长线性缩放的同时,显著提升了系统尺寸的计算效率。该工作基于领域最新进展——通过具有时间平移不变性的过程张量实现长时演化,这类张量可通过无限时演块消减(iTEBD)方法构建,适用于一般高斯环境及系统通用耦合算子。 研究人员引入了一种改进版iTEBD算法,采用中间压缩步骤将系统维度d的计算时间复杂度从d⁸降至d⁴,同时大幅降低内存需求。为展示该方法优势,该团队将其应用于电路量子电动力学中的色散量子比特读取问题——这一此前受限于数值计算的难题。如今可完整处理需要大系统空间的测量谐振腔,并克服测量驱动与环境耗散间时间尺度差异导致的长模拟耗时问题。 该算法不仅能够捕捉大型开放量子系统中的非马尔可夫动力学行为,还将过程张量的现有应用(如量子最优控制、多时关联计算或稳态求解)扩展至具有数十能级的复杂系统。

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提交arXiv: 2026-03-06 20:02

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