电路量子电动力学中强关联费米子-声子模型的量子模拟

Tim Bode; Riccardo Roma; Stefan Schmitz; Alessandro Ciani; Dmitriy S. Shapiro; Dmitry Bagrets; Frank K. Wilhelm

电路量子电动力学中强关联费米子-声子模型的量子模拟

量子物理 2026-07-13 v1 无序系统与神经网络强关联电子

作者: Tim Bode , Riccardo Roma , Stefan Schmitz , Alessandro Ciani , Dmitriy S. Shapiro , Dmitry Bagrets , Frank K. Wilhelm

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摘要

基于门控的数字量子模拟为研究强关联系统的多体物理提供了一种令人兴奋的新范式。在这种背景下，电子-声子模型对于仅使用量子比特的量子模拟器来说具有挑战性，因为玻色子自由度需要昂贵的有限维编码。在此，我们详细阐述了一种基于数字-模拟电路量子电动力学架构的替代方法，其中费米子编码在 transmon 量子比特中，而玻色子直接由微波谐振器表示。该框架的核心构建模块是一个量子比特-谐振器 Rabi 门，它模拟强电子-声子耦合，可以通过一系列共振 Jaynes-Cummings 门与单量子比特旋转层交错来实现。使用这个 Rabi 门作为基本酉操作，我们为 Hubbard-Holstein 和 Yukawa-Sachdev-Ye-Kitaev 模型构建了量子电路，这两个模型分别描述了与声子耦合的强关联电子以及马约拉纳费米子之间的声子介导相互作用。我们进一步展示了如何通过电路模拟探测这些模型中的非经典声子物理和量子混沌特征，并开发了针对近期超导量子硬件定制的测量和变分协议。

关键词

量子模拟电路量子电动力学电子-声子模型 Hubbard-Holstein模型 Sachdev-Ye-Kitaev模型数字-模拟量子模拟 Rabi门

引用

@article{arxiv.2607.11516,
  title  = {Quantum Simulation of Strongly Correlated Fermion-Phonon Models in Circuit QED},
  author = {Tim Bode and Riccardo Roma and Stefan Schmitz and Alessandro Ciani and Dmitriy S. Shapiro and Dmitry Bagrets and Frank K. Wilhelm},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.11516},
  year   = {2026}
}

备注

21 pages, 18 figures, 3 tables