用于粒子碰撞量子模拟的态制备与探测

模拟粒子碰撞的实时动力学是量子模拟器的一个有前景的应用，因为诸如张量网络之类的经典方法难以捕捉高能散射中产生的高度纠缠态。实现此类模拟需要制备入射波包和探测出射散射产物。在这项工作中，我们提出了在可编程模拟和数字量子模拟平台上解决这两个挑战的方案。我们的态制备方案使用一个弱耦合的辅助量子比特——或者更一般地说，一个定制的局域淬火——来注入一个具有明确动量的单个准粒子。由于该方案仅依赖于能量守恒，因此无需微调或预先了解粒子本征态，使其对校准和实现中的误差具有鲁棒性。然后，仅使用局域测量，从粒子在系统边界反射时产生的干涉图样中提取散射产物的动量。我们通过数值模拟验证了我们的方案，首先在一个简单的单粒子模型中，随后在两个相互作用的多体系统中：一个里德伯原子链和一个混合场中的伊辛链。我们展示了如何通过绝热斜坡达到访问非弹性散射过程所需的高能区域，以及如何通过空间调制哈密顿量来优化波包形状。最后，我们展示了该方案如何推广到具有多个空间维度的系统。我们的提议为散射现象的量子模拟提供了一种通用方法，并且与几种已经实验可用的量子模拟平台兼容。