用量子模拟器探测量子多体系统的谱特征

谱特征的高效探测对于表征和理解量子材料的结构与动力学至关重要。在这项工作中，我们建立了一个用量子模拟器探测量子多体系统激发谱的框架。我们的方法通过对观测量的动力学进行处理，所用时间间隔抽取自定义的概率分布，从而有效实现了一个谱探测器，其仅需要由哈密顿量支配的本地时间演化而无需辅助比特。我们方法的关键要素是频率共振的工程化涌现，从而可以探测激发谱。我们展示了跃迁能量估计的时间复杂度对模拟精度具有对数依赖，以及此类观测如何在某些多体系统中得到保证。我们讨论了该谱方法的噪声鲁棒性，并表明在存在器件噪声时总运行时间对精度保持多项式依赖。我们进一步数值测试了该方法对于晶格模型的误差依赖性和可扩展性。我们给出了典型量子系统（无论有隙还是无隙，包括量子自旋、费米子和玻色子）谱特征的模拟结果。我们展示了如何用量子设备 IBM 实验探测自旋晶格模型的激发谱。