含噪量子计算机上热态的绝热制备与熵-噪声关系

我们考虑在量子计算机上制备有限温度下热平衡态的问题。假设热化，我们证明可以通过绝热演化一个简单哈密顿量的初始热吉布斯态，并使用插值的时间依赖哈密顿量，来制备局部处于热平衡的态，这与绝热基态制备完全相同。我们论证在热力学极限下，局部密度矩阵的熵密度在绝热演化过程中守恒，因此最终态的熵和能量均可计算，从而最终温度也可计算。我们证明在存在硬件噪声的情况下，含噪演化产生的熵可以通过镜像电路精确基准测试。我们给出了数值证据表明由此产生的热态制备协议对去极化噪声具有噪声鲁棒性，即在含噪量子计算机上测量的能量-温度曲线对态制备中去极化噪声的幅度不敏感。最后，我们提出了一种协议来估计给定实际Trotter动力学实现中非绝热性的程度。我们在Quantinuum的H1-1离子阱设备上测试了我们的协议。我们测量到在硬件上实现640个双量子门电路每个格点产生0.166±0.0045的熵，为该态制备提供了基准度量。我们报告了尺寸为5×4的Ising模型温度为2.56±0.26的热态制备。