基于对称结构的抗噪声Trotter分解用于多体动力学量子模拟

Suzuki-Trotter分解将量子时间演化数字化，为在量子硬件上模拟量子动力学和探索超越经典计算的量子优势提供了一个有前景的框架。然而，传统的Trotter电路需要大量的非局域门，在当前有噪声的量子硬件上实现时，降低了其对理想动力学的保真度。虽然以往的研究大多集中在电路优化上，但我们提出了一种新的Trotter分解方法，该方法在电路效率上具有内在优势，适用于近期的设备上的量子动力学模拟。我们的方法通过利用目标模型的对称性来构建一个具有更少双量子比特门的有效哈密顿量，从而显著降低了Trotter分解的残余误差和CNOT操作的数量。我们通过在现实噪声下对九格点海森堡模型进行数值模拟，证明了所提方法的噪声鲁棒性，并在IBM超导设备上进一步验证了其实际可行性，在三格点情况下结合量子误差缓解技术，实现了超过$0.98$的态保真度。所提出的电路设计也与现有的电路优化技术兼容。我们的结果为在多体动力学中实现抗噪声的量子模拟建立了一条实用路径。