粒子数守恒的量子电路拟设及其在玻色子系统变分模拟中的应用
量子物理
2024-03-01 v1
摘要
约束问题在经典和量子优化中经常遇到。粒子数守恒在研究化学和固态系统的能谱时尤其常被施加。尽管针对费米子（例如分子电子结构）哈密顿量已经开发了粒子数约束技术，但对于非二进制和非费米子问题（如玻色子系统或整数变量上的经典优化问题）则缺乏类似技术。这里我们引入了二进制编码多能级粒子电路拟设（BEMPA）——一种通过构造保持粒子数计数的拟设——用于量子变分算法。关键洞察是通过精心定位一组保持对称性的2量子比特和3量子比特门来构建电路块。我们数值分析了通过变分量子本征求解器（VQE）算法寻找Bose-Hubbard哈密顿量基态本征值的问题。对于从Mott绝缘体到超流相的一系列模型参数，我们证明我们提出的电路拟设在相比基于惩罚的策略方法显著更短的运行时间内找到了基态本征值。最后，我们分析了在优化例程结束时改变量子比特编码的潜在资源收益。我们的结果证明了BEMPA在模拟粒子数守恒的玻色子问题方面的有效性。
引用
@article{arxiv.2402.18768,
title = {Particle-conserving quantum circuit ansatz with applications in variational simulation of bosonic systems},
author = {Sina Bahrami and Nicolas Sawaya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.18768},
year = {2024}
}