基于超导量子比特的混杂数字-模拟多体动力学模拟

近年来，数字量子处理器的研发取得了显著进展。当前最先进的量子器件并不完美，而完全算法化的容错量子计算尚属未来之事。在技术发展至具备实用纠错能力之前，可采用标准数字方式以外的计算方法来避免执行噪声最大的量子操作。我们展示了一种混杂数字-模拟方法如何在不使用标准双量子比特门的情况下模拟横场 Ising 模型的动力学——这类门目前是量子电路中最成问题的构建模块之一。我们利用 IBM 超导量子处理器的量子比特间串扰（耦合）来模拟自旋簇的 Trotter 化动力学，然后将所得结果与基于通用集合中双量子比特门的传统数字计算结果进行比较。比较表明，尽管 IBM 量子处理器中的串扰很小，但对于该模拟问题，数字-模拟方法仍显著优于标准数字方法。我们认为，借助更专用的处理器可提升数字-模拟量子计算的效率，从而高效实现其他量子算法。这表明了面向近期含噪中等规模量子计算机的数字到模拟策略的前景。