来自多体量子系统能量测量的量子优势

采样量子电路输出的问题已被提出作为展示量子计算优势（有时称为量子“霸权”）的候选方案。在本工作中，我们研究是否能针对与物理可观测量测量相关的、更具物理动机的采样问题实现量子优势展示。我们聚焦于对一个易于制备的乘积量子态进行能量测量输出采样的问题——我们称之为能量采样。针对不同的测量分辨率和测量误差机制，我们提供了复杂性理论论证，表明存在高效经典算法用于能量采样是不太可能的。特别地，我们描述了一类在二维晶格上具有最近邻相互作用的哈密顿量，其可使用由对易门组成的量子电路（IQP电路）高效高分辨率测量，而该过程的高效经典模拟应当是不可能的。在这一高分辨率机制下（仅对可指数级快速前进的哈密顿量可实现），可利用当前将量子优势陈述与多项式层级坍缩相联系的理论工具；而对于较低分辨率测量，此类论证失效。尽管如此，我们表明，若假设量子计算机严格强于经典计算机，则仍可将低分辨率能量采样的高效经典算法排除。我们相信本工作为展示量子优势问题带来新视角，并引出哈密顿量复杂性中有趣的新问题。