论NISQ硬件在量子波包动力学模拟中的性能与局限
量子物理
2026-05-20 v1
摘要
数字量子模拟为研究量子动力学提供了一条有前景的途径，但高效的算符表示和电路深度仍是近期硬件的关键挑战。我们采用将波函数基于网格编码到量子比特寄存器上的方法，研究一维波包动力学。时间演化通过分裂算符方法实现，其中动能算符使用具有多项式标度的量子傅里叶变换(QFT)施加，势能算符通过对易的泡利-Z门表示，从而提高了精度并能够纳入任意离散化的势。虽然哈密顿量的完整泡利分解随n个量子比特呈指数级标度O(4^n)，但本方法将算符标度降低至O(2^n)。我们在经典模拟器和量子硬件(IBM Quantum和IonQ)上对二至五量子比特的实现进行了基准测试。对于二和三量子比特的情况，所有平台都定性地再现了基准动力学；在量子比特数更多时，IBM的结果偏差更大，而IonQ的结果更接近基准。
引用
@article{arxiv.2605.20078,
title = {On Performance and Limitations of NISQ Hardware for Simulations of Quantum Wave Packet Dynamics},
author = {Tamila Kuanysheva and Jonathan Andrade-Plascencia and Jayakrushna Sahoo and Brian Kendrick and Dmitri Babikov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.20078},
year = {2026}
}