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谱小增量纠缠:打破长程相互作用系统的准多项式复杂度障碍

量子物理 2025-10-24 v2 无序系统与神经网络 统计力学 数学物理 math.MP

摘要

量子复杂度如何从量子动力学中展现出细致结构,仍是由量子模拟器和信息处理进步所凸显的根本性挑战。著名的小增量纠缠(SIE)定理为纠缠生成率提供了普遍约束,却留下了完全表征细粒纠缠结构的难题。本文引入谱纠缠强度概念,捕捉算子结构纠缠能力,建立谱SIE定理:在α1/2\alpha \ge 1/2处,对Rényi纠缠增长的普遍速度限制,揭示了纠缠谱中1/s21/s^2衰减阈值的鲁棒性。值得注意的是,我们在α=1/2\alpha=1/2处的界限在定性和定量上均为最优,定义了纠缠增长变为无界的普遍阈值。这暴露了 Schmidt系数的细节结构,使纠缠谱的截断误差进行严格控制,将纠缠结构与计算复杂度联系起来。基于此,我们推导了在adiabatic路径条件下广义纠缠面积定律,扩展了量子许多体物理的核心原理适用于一般相互作用。作为具体应用,我们表明一维长程相互作用系统的基态、时间演化态和热力学态可采用多项式bond维数近似,从而弥合长期以来的准多项式间隙,表明此类系统可通过张量网络方法高效模拟。通过显式控制Rényi纠缠,我们获得了时序密度矩阵正则化群算法的严格、先验误差保证。总体而言,我们的结果将SIE定理扩展到谱域,建立了一个揭示量子复杂度细节和普遍结构的统一框架。

关键词

引用

@article{arxiv.2509.12014,
  title  = {Spectral Small-Incremental-Entangling: Breaking Quasi-Polynomial Complexity Barriers in Long-Range Interacting Systems},
  author = {Donghoon Kim and Yusuke Kimura and Hugo Mackay and Yosuke Mitsuhashi and Hideaki Nishikawa and Carla Rubiliani and Cheng Shang and Ayumi Ukai and Tomotaka Kuwahara},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.12014},
  year   = {2025}
}

备注

7 pages + 49 pages, 5 figures. [v.2] typos corrected