非共振开放式 Tavis-Cummings 模型的数字量子模拟

开放式 Tavis-Cummings 模型由 N 个量子发射器与共用腔模式相互作用，考虑了损耗与去相干效应，广泛用于量子信息处理与量子器件设计。随着 N 的增大，利用传统方法模拟开放式 Tavis-Cummings 模型变得更加困难。为此，我们实现了两种用于模拟该模型在非均匀、非共振 regime 下动力学的量子算法，最多支持腔中三个激发。我们展示，这些算法的门复杂度呈多项式增长，即 $O(N^2)$ 与 $O(N^3)$，而所需量子比特数（空间复杂度）按 $O(N)$ 线性增长。其中一种算法为基于抽样的波矩阵 Lindblad 化算法，我们提出两种协议实现其系统无关的固定相互作用，解决了 [Patel 和 Wilde, Open Sys. & Info. Dyn., 30:2350014 (2023)] 的若干开放性问题。我们对比了经典微分方程求解器，并在多种情景下演示了这些算法能够准确再现预期动力学。