Lindbladian 模拟中的指数级降低电路深度

量子计算机可以高效地模拟 Lindbladian 动力学，这使得在开放系统模拟、热力学和基态准备、自主量子纠错、耗散工程等方面具有强大的应用潜力。尽管已有众多针对封闭系统动力学的成熟算法，但在数字量子计算机上模拟开放量子系统仍然具有挑战性，因为需要非单位运算。现有方法面临一个关键权衡：要么依赖资源密集的多量子运算并采用实验上具有挑战性的方法，要么使用深层量子电路以实验上友好的方式抑制模拟误差。本文我们通过提出一种高效的 Lindbladian 模拟框架来挑战这一误解，该框架在保持实验可访问性的同时最小化电路深度。基于非一致的超算子线性组合，我们的方法使用最多两个辅助量子比特并采用简单的 Trotter 分解，实现了电路深度的指数级降低。此外，我们的方法还能模拟时间依赖的 Lindbladian 动力学，首次实现对逆精度的对数依赖。严格的数值模拟表明，我们的方法在现有技术之上具有明显优势。这一工作为在量子设备上模拟开放量子系统提供了一种实用且可扩展的解决方案。