高效模拟非线性光谱的统一量子框架
非线性光谱学是量子科学的基石技术,它能揭示线性方法无法观测的多点关联、量子相干及耦合现象。然而,这些现象的经典模拟因希尔伯特空间的指数级增长而存在根本性局限,且非线性体系的实用量子算法研究仍属空白领域。本研究提出了一个统一量子算法框架,用于计算n阶非线性光谱响应。通过广义参数偏移规则将多时段响应重构为有限泵浦振幅下期望值的加权求和,该方法规避了高阶交换子与含时算符展开的繁复计算。这种重构方案利用实时量子演化在当前硬件上高效执行,并具备内在的抗噪声特性。研究团队在IBM超导量子处理器上验证了该框架,成功获取了12量子比特XXZ自旋链的高阶响应函数。此外,该方法通过解析自旋液体中的准粒子激发谱、识别原子系统中的相互作用诱导交叉峰,展现了多场景适用性。该成果为近量子设备探索复杂量子动力学建立了可扩展路径,将量子模拟能力拓展至非线性领域。

