在数字量子计算机上计算多体态密度
量子物理
2025-07-24 v1 统计力学
摘要
量子统计力学使我们能够从多体系统的微观描述中提取热力学信息。关键一步是计算态密度，由此可算出配分函数及所有有限温度平衡热力学量。本工作中，我们设计并在数字量子计算机上实现了一种受核多项式方法启发的态密度估计算法。在经典情形下，核多项式方法通过切比雪夫多项式展开对谱函数采样。我们的算法利用随机态制备进行随机迹估计与控制酉算符相结合，在量子硬件上计算该展开的矩。我们使用我们的算法在 Quantinuum H1-1 离子阱芯片上针对 18 个量子比特的控制寄存器估计了非可积哈密顿量的态密度。这不仅代表了量子硬件上多体系统热学性质的最先进计算，也以前所未有的规模利用了多量子比特寄存器的控制酉演化。
引用
@article{arxiv.2303.13476,
title = {Calculating the many-body density of states on a digital quantum computer},
author = {Alessandro Summer and Cecilia Chiaracane and Mark T. Mitchison and John Goold},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.13476},
year = {2025}
}