生成自由量子场论基态的近最优量子算法
量子物理
2022-07-01 v2
摘要
我们设计了一种拟线性量子算法，用于生成量子场论（QFT）基态的近似。我们的量子算法相较最先进的基态生成量子算法实现了超二次加速，克服了先前方法的基态生成瓶颈，且直至多对数因子均为最优。具体而言，我们建立了两种量子算法——基于傅里叶与基于小波——以生成自由大质量标量玻色 QFT 的基态，其门复杂度在离散 QFT 模式数量上拟线性。基于傅里叶的算法仅限于平移不变 QFT。数值模拟显示，基于小波的算法成功为具有破缺平移不变性的 QFT 生成基态。此外，小波方法中制备粒子激发的代价与能量尺度无关。我们的算法需要一种生成一维高斯（1DG）态的例程。我们将标准的 1DG 态生成方法（要求量子计算机执行大量昂贵算术）替换为基于不等式检验的新方法，显著减少了对算术的需求。我们的 1DG 态生成方法是通用的，并可推广至制备其振幅可由量子计算机即时计算的态。
引用
@article{arxiv.2110.05708,
title = {Nearly optimal quantum algorithm for generating the ground state of a free quantum field theory},
author = {Mohsen Bagherimehrab and Yuval R. Sanders and Dominic W. Berry and Gavin K. Brennen and Barry C. Sanders},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05708},
year = {2022}
}
备注
This version is identical in content to the published version. Presentation improved and figure 11 added. ( 73 pages, 15 figures, 2 tables)