非对易观测量的单轨迹吉布斯采样

估算量子多体系统的热期望值是物理学、化学和材料科学领域的核心挑战。传统量子吉布斯采样方案需在每次测量后从头重新制备吉布斯态,导致每一步都需付出完整的混合时间代价。近期单轨迹吉布斯采样技术(Jiang et al., 2026)的重大突破显著降低了这一开销:一旦达到稳态,只要测量通道能保持吉布斯系综,就可在单条轨迹上持续采集测量数据而无需重新热化。然而,此类非破坏性测量的显式构造此前主要局限于与哈密顿量对易的观测量。本项研究从根本上将单轨迹框架拓展至任意非对易观测量。该团队提出了两种测量构造方案,可在不完全破坏吉布斯态的前提下提取测量信息,从而消除样本间完全重新混合的需求:首先,构建了满足精确细致平衡条件的测量方案,确保系统在整个轨迹过程中保持平衡态,使得测量结果能在自相关时间内解关联——该时间可能远小于全局混合时间;其次,在假设基础量子吉布斯采样器具有正谱隙的条件下,设计了一种简化测量方案,确保后选择态可作为快速重新混合的“热启动”。这种方法成功地将重采样代价与全局混合时间解耦。两种测量方案均支持高效的量子线路实现,仅需多对数级哈密顿量模拟时间。
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提交arXiv: 2026-03-23 05:44

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