非线性狄拉克方程的分裂变分量子算法数值求解
在该工作中,研究人员提出了一种算子分裂变分量子算法,称为Dirac-sVQA,用于模拟非线性狄拉克方程(NLDE)。主要困难源于状态依赖的非线性相互作用:其时间离散更新显式依赖于中间旋量状态,且通常无法实现为固定的、与状态无关的幺正电路。为克服这一困难,该团队将NLDE演化分解为结构化的线性狄拉克子步和非线性变分校正两部分。线性子步通过在联合位置-自旋寄存器上实现旋量-傅里叶狄拉克传播子,保留了狄拉克算子的自旋-动量耦合和由质量诱导的自旋演化。非线性校正则被重新表述为基于测量的变分更新,通过一小部分重叠、自通道和交叉通道可观测量实现。研究人员给出了相应的量子电路,并推导了考虑测量代价的资源与复杂度估计。在多个非线性场景中的数值实验表明,Dirac-sVQA能够准确捕捉总密度和分量自旋动力学,与经典傅里叶伪谱分裂解吻合良好,且误差随时间表现稳定。这些结果为算子分裂变分量子模拟非线性相对论波动方程的可行性提供了数值证据。

