晶格哈密顿量的散粒噪声降低

在量子计算机上高效估计量子晶格系统的能量期望值是各种量子算法的关键子程序，由于所需的高测量散粒数，这可能导致显著的开销。我们引入了一种针对量子晶格系统和（含噪）能量本征态量身定制的测量策略。它基于将哈密顿量几何划分为局部块，并在这些块的本征基中进行测量。由此产生的能量估计量比泡利分组方案的估计量具有更小的方差，从而减少了总散粒数。我们为能量本征态的这种方差改进提供了严格的保证，即使在存在退极化噪声的情况下也是如此。由于可以选择子系统的大小，可以确保测量电路保持在可实现的深度内。在数值实验中，我们展示了各种二维晶格模型（包括横场 XY 和 Ising 模型，以及 Fermi-Hubbard 模型）的散粒计数减少。我们发现，对于二乘二量子比特的方块，采样改进已达数个数量级，而所需的读出电路深度仍然非常适中。