通过量子虚时演化生成强相关量子许多体系统的近似基态
量子物理
2024-09-04 v1 材料科学
强关联电子
超导电性
摘要
大多数旨在生成或探测量子许多体系统基态性质的量子算法都需要一个与所需基态具有大重叠度的初始状态。生成此类基态的一种方法是虚时演化 (ITE)。最近的工作 [Motta, M., Sun, C., Tan, A.T.K. 等 (2020)] 引入了一种算法——我们称之为量子虚时演化 (QITE)——表明 ITE 可通过一系列 unitary operator 近似实现，使 QITE potentially implementable on early fault-tolerant quantum computers。本文提供了 QITE algorithm 近似 lattice 和分子电子结构哈密顿量 ITE 的 heuristic 研究。我们数值研究了在提供良好经典初始状态的情况下 QITE algorithm 的性能，涵盖大类系统，其中一些系统对工业应用具有意义，检验 QITE 是否能够定性复制 ITE 行为并优于经典均匀场 solution。本文考虑的系统范围从一维和二维 various lattice geometries 的 lattice system，显示短程和长程相互作用，到分子电子结构哈密顿量的 active spaces。除了 QITE 和 ITE 的比较，我们明确展示了如何将 imaginary time evolved 费米子 Gaussian state 作为初始状态，这些状态可以在经典计算机上高效计算，并在量子计算机上高效实现，用于任意 lattice 几何和维度的 generic spin Hamiltonian，这可能独立具有兴趣。
引用
@article{arxiv.2409.01320,
title = {Generating Approximate Ground States of Strongly Correlated Quantum Many-Body Systems Through Quantum Imaginary Time Evolution},
author = {Michael P. Kaicher and Florian Dommert and Christopher Wever and Maximilian Amsler and Michael Kühn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.01320},
year = {2024}
}