针对不同哈密顿量与谱密度的开放量子动力学精确高效量子模拟

最近，我们在理论上提出并在核磁共振(NMR)中实验演示了光合捕光的精确高效量子模拟，见 B. X. Wang, \textit{et al.} npj Quantum Inf.~\textbf{4}, 52 (2018)。在本文中，我们应用该方法模拟具有不同哈密顿量的各类光合系统中的开放量子动力学。通过数值模拟，我们表明对于 Drude-Lorentz 谱密度，供体与受体团簇内分别具有强耦合的二聚化几何结构展现出显著改善的效率。基于最优几何结构，我们还证明当供体与受体团簇间的能隙匹配谱密度的峰值时，整体能量转移可进一步优化。此外，通过探索不同类型谱密度（如欧姆、亚欧姆和超欧姆谱密度）下的量子动力学，我们表明我们的方法可推广到有效模拟各种哈密顿量与谱密度的开放量子动力学。由于 $N$ 维量子系统的量子模拟需要 $\log_{2}N$ 个量子比特，该量子模拟方法相比流行的数值精确方法可大幅降低计算复杂度。