作为微正则热纯量子态的能量滤波随机相位态

我们提出一种通过引入此处命名为能量滤波随机相位态的纯量子态来计算量子多体系统微正则系综有限温度性质的方法，这也是近期量子计算机潜在且有前景的应用。在我们的形式体系中，微正则系综由两个参数指定，即系统能量及其关联的能量窗口。相应地，态密度表示为以目标能量为中心、其展宽对应于能量窗口宽度的若干高斯函数之和。我们随后证明，诸如熵与温度等热力学量可通过计算时间演化算符的迹以及时间演化算符乘以系统哈密顿量的迹来求得。我们还描述了如何使用适用于量子计算的随机对角酉线路来评估这些迹。表示我们微正则系综的纯量子态与 Wall 和 Neuhauser 为滤波对角化方法所引入形式的状态相关 [M. R. Wall and D. Neuhauser, J. Chem. Phys. 102, 8011 (1995)]，因此我们称之为能量滤波随机相位态。能量滤波随机相位态本质上是一个时间演化态的傅里叶变换，其初态制备为随机相位态，而傅里叶变换中时间积分的截断时间设定了能量窗口宽度的倒数。所提方法通过对至多 28 个量子比特的小团簇一维自旋-1/2 海森堡模型热力学量的数值计算进行了演示，表明该方法在能量本征态密集分布的目标能量附近最为高效。