在近-term量子计算机上大规模模拟Floquet物理

周期驱动量子系统展现出多种多样的现象，但比其平衡对应系统更难以模拟。在此，我们引入量子高频Floquet模拟（QHiFFS）算法，作为一种在量子硬件上模拟快速驱动量子系统的方法。QHiFFS的核心是一个踢算符的概念，它将系统变换到一个由与时间无关的有效哈密顿量支配动力学的基础中。这使得先前用于时间无关模拟的方法得以提升用于模拟Floquet系统。我们使用周期驱动的双向轴次近邻伊辛（BNNNI）模型——量子阻挫磁性与临界性的天然试验台——作为案例研究来说明我们的算法。我们在Quantinuum的俘获离子量子计算机上实现了驱动二维BNNNI模型的20量子比特模拟。我们的误差分析表明，与Trotter化相比，QHiFFS不仅在驱动频率 $\omega$ 上展现出三次方优势，而且在模拟时间 $t$ 上展现出线性优势。