关于NISQ硬件在量子波包动力学模拟中的性能与局限

数字量子模拟为研究量子动力学提供了一条有前景的路径,但高效的算符表示和电路深度仍是近期硬件面临的关键挑战。本文研究了一维波包动力学,采用基于网格的编码将波函数映射到量子比特寄存器上。时间演化通过分离算符方法实现,其中动能算符利用量子傅里叶变换(QFT)以多项式缩放方式施加,势能算符则通过可交换的泡利-Z门进行表达,从而提高了精度并能够纳入任意离散化的势能。虽然哈密顿量的完整泡利分解呈指数缩放 O(4ⁿ),但本方法将 n 个量子比特的算符缩放降低至 O(2ⁿ)。论文在经典模拟器和量子硬件(IBM Quantum 和 IonQ)上,针对二至五量子比特的实现对该方法进行了基准测试。在两量子比特和三量子比特的情况下,所有平台都定性复现了基准动力学;在量子比特数较大时,IBM 的结果偏差更为显著,而 IonQ 则与基准结果保持更接近。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-19 16:33

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