推动经典1D费米-哈伯德猝灭动力学超越当前量子模拟的经典前沿
建立量子优势需要与最优可实现的经典模拟进行比较。Q-CTRL团队最近在IBM处理器上模拟了一维费米-哈伯德模型的淬火动力学,在不到三分钟内完成了长度为\(L=60\)、演化至时间\(t=6\)的过程,并宣称相较于经典含时变分原理(TDVP)模拟(键维数\(\chi=4096\))实现了3000倍的加速。该团队的经典基准测试在CPU集群上耗时超过160小时,在高纠缠区域\(t\in[5.2,6]\)中未能收敛,且实验中最具挑战性的时间窗口未经验证。本研究通过充分利用费米-哈伯德哈密顿量的完整\(\mathrm{U}(1)\times\mathrm{SU}(2)\)对称性,并结合GPU加速的张量收缩,突破了经典模拟的极限。该工作在四块NVIDIA H200 GPU上达到了高达\(\chi\approx62{,}000\)的键维数——这是TDVP模拟中迄今实现的最大规模之一,比Q-CTRL的经典基线高出15倍——从而在整个模拟窗口内获得了完全收敛的结果,包括对先前未解决的高纠缠区域\(t\in[5.2,6]\)的严格认证。该工作进一步将经典前沿推进至\(t=7\),这超越了量子硬件实验以及任何先前已验证的全波函数经典演化。在与Q-CTRL最佳经典运行相当的键维数下,该工作的GPU实现耗时约100分钟,直接将声称的3000倍量子优势缩减至约36倍。这些结果显著缩小了量子与经典之间的性能差距,并为大规模量子模拟的张量网络基准测试建立了新标准。

