基于超导量子计算机的多味 Gross-Neveu 模型实时动力学量子模拟

我们present了用于 1+1 维多味 Gross-Neveu 模型实时动力学的可扩展量子模拟框架。利用规模实用的超导量子处理器，我们开发了一种硬件高效的 Trotter 分解，其单步电路深度随费米子味数而非总系统大小而增长，使超过 100 量子比特的模拟成为可能。本工作的核心贡献是局部对角算符近似（Localized Diagonal Operator Approximation, LDOA），其系统性地减少与四次相互作用相关的开销。我们将对角单位ary 合成表述为相空间中的结构最小二乘问题，并通过 Moore-Penrose 伪逆获得解析解。该表述提供了原则性且定量可控的近似：在小 Trotter 步长 regime 中，单位ary 误差直接关联相重建误差，并随 Trotter 步长减小而渐进消失。这为 LDOA 建立了明确的数学基础，显著降低双量子门计数和电路深度，广泛适用于具有长程结构的对角量子算符，特别适合连接性有限的量子硬件。利用这些技术，我们在 IBM 超导处理器上运行大规模模拟，研究实时可观测量，包括密度-密度关联子。我们对比 exact 对角化和张量网络方法，在系统规模上发现强烈一致性。这些结果表明，硬件感知的电路设计与严谨近似的结合，使得实际近期模拟相互作用费米子场论成为可能，为更复杂的量子场论模拟提供了可扩展的通路。