利用浅层量子电路对共振隧穿与局域化进行定性量子模拟

在基于电路的量子计算机中，计算通过由量子门驱动的离散时间演化来完成。对连续时间演化的精确模拟需要大量量子门，因此会受更多噪声影响。在本文中，我们发现浅层量子电路足以定性观察连续时间演化极限下的一些典型量子现象，如共振隧穿与局域化现象。我们研究了在采用大步长的 Trotter 电路中自旋激发的传播。该电路由两类双比特门（即 XY 门与受控 $R_x$ 门）和单比特 $R_z$ 门组成。$R_z$ 门的配置决定了演化结束时自旋激发的分布。我们在 Trotter 电路中展示了多达四步的共振隧穿与数十步的局域化现象。结果表明，定性观察某些重要量子现象所需的电路深度远小于定量计算所需的深度，这表明将定性观察应用于近期量子计算机是可行的。我们还提供了一种利用物理定律来理解量子电路中误差传播的方法。