在量子计算机上局域模拟强关联费米子物质的配方：二维Fermi-Hubbard模型

对量子化学和凝聚态物理相关的量子多体系统的模拟，是近期（容错前）量子计算机最有前景的应用之一。然而，由于绝大多数量子计算技术都基于量子比特和离散的门操作，将物理问题转化为这一框架是至关重要的一步。这种转化通常依赖于特定设备，而次优的实现会因真实设备上误差的指数级累积而受到惩罚。对于二维或三维自旋费米子模型（当相关物理涉及电子时自然出现），高效映射的重要性已经显现。使用最直接且广为人知的Jordan-Wigner变换会导致局域自由度的非局域表示，并且需要将非局域幺正门高效分解为一系列硬件可访问的局域门。在本文中，我们提供了一个逐步配方，用于在量子计算机上仅使用局域操作来模拟典型的二维Fermi-Hubbard模型。为了提供该配方的要素，我们简要回顾了最近涌现的多种不同方法，但重点聚焦于Derby-Klassen紧致费米子映射以使我们的讨论具体化。我们提供了一个详细的端到端模拟配方，包括在物理设备上的嵌入、初始态（如基态）的制备、幺正时间演化的模拟，以及可观测量和谱函数的测量。我们明确计算了模拟全局量子淬火的资源需求，最后讨论了在量子计算机上模拟强关联费米子物质的挑战和未来方向。