量子相位差估计算法在NISQ设备上自旋系统激发能中的应用
量子物理
2026-04-14 v1 其他凝聚态物理
原子物理
摘要
量子相位差估计（QPDE）算法是量子相位估计（QPE）的扩展，是一种通过利用两个本征态的量子叠加来计算酉算符两个本征值之差的量子算法。与QPE不同，QPDE无需受控酉运算，适用于含噪声中等规模量子（NISQ）设备的计算。我们提出并验证了一种新型的早期容错QPDE算法，用于利用NISQ设备确定不同自旋系统构型中的能隙。该算法应用于由两个和三个自旋的Heisenberg哈密顿量描述的系统，具有不同的几何排列和耦合强度，包括对称、非对称、自旋阻挫和非阻挫构型。通过利用Heisenberg哈密顿量时间演化算符的match gate类结构，我们实现了适合NISQ硬件实现的常数深度量子电路。我们在IBM量子处理器上的结果显示出85%至93%的显著精度，即使在存在硬件噪声的情况下也与经典计算取得了良好的一致性。该方法结合了精细的量子噪声抑制技术，包括Pauli Twirling和Dynamical Decoupling，并采用了自适应框架。我们的发现证明了QPDE算法在当前NISQ硬件上进行量子多体模拟的实用可行性，为未来应用建立了稳健的框架。
引用
@article{arxiv.2502.19809,
title = {Applications of the Quantum Phase Difference Estimation Algorithm to the Excitation Energies in Spin Systems on a NISQ Device},
author = {Boni Paul and Sudhindu Bikash Mandal and Kenji Sugisaki and B. P. Das},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.19809},
year = {2026}
}