基于数字量子处理器实时演化求解阻挫磁系统的基态能量与磁化曲线

可能实现新奇特物质相（尤其是量子自旋液体）的相互作用多体量子系统模型，即使使用张量网络模拟等最先进的经典方法也极具挑战性。量子计算为克服这些困难以寻找基态、动力学等提供了一条有前景的途径。在本文中，我们论证了最近发展的基于实时演化的量子-经典混合算法是求解在寻找自旋液体中一个特别重要的模型——二维 kagome 晶格上的反铁磁 Heisenberg 模型——的有前景的方法。我们展示了如何构建高效的量子电路来实现该模型的时间演化并在量子计算机上评估关键可观测量，并论证了该方法随系统尺寸增加具有良好的标度性。随后我们将研究限制在 kagome 晶格中的 12 自旋星形斑块及相关的 8 自旋系统，并在这些小系统上给出了经验演示，表明混合算法能够高效找到基态能量和磁化曲线。对于这些演示，我们使用了四个层次的近似：精确态矢量、带有采样统计噪声的精确态矢量、带噪声的经典模拟器，以及（仅针对 8 自旋系统）真实量子硬件，具体为 Quantinuum H1-1 处理器；对于含噪声模拟和硬件演示，我们还采用了基于 Hamilton 量对称性的误差缓解策略。我们的结果有力地表明，这些混合算法为研究量子自旋液体，以及更广泛地解决凝聚态理论及其他领域中重要的未解问题，提供了一个有前景的方向。