局域费米子到qudit的映射：四能级系统的实用方案

在本文中，我们提出了一组用于模拟费米子晶格系统的局域费米子到qudit的新映射。我们专注于多能级qudit，特别是ququart。传统映射，如若尔当-温格变换（JWT），虽然有用，但往往导致随系统规模不利增长的非局域算符。为了应对这些挑战，我们引入了将费米子算符高效局域化在qudit上的映射，减少了与JWT相关的非局域性和算符权重。我们为无自旋费米子提出了一种映射，为有自旋费米子提出了两种映射，在qudit权重、电路深度和门复杂度方面比较了它们的性能。通过利用qudit的扩展局域希尔伯特空间，我们表明这些映射在双qudit门方面实现了更高效的量子模拟，在不增加计算复杂性的情况下降低了硬件需求。我们通过模拟原型模型——无自旋t-V模型和二维费米-哈伯德模型——使用Trotterized时间演化来验证我们的方法。我们的结果突显了基于qudit的量子模拟在实现费米子系统的可扩展性和效率方面的潜力，适用于近期量子设备。