基于噪声量子计算机的能带结构对称性检验
量子物理
2026-01-01 v1
摘要
能带结构中能带交叉在决定固体系统的电子性、拓扑性和传输性质方面发挥着重要作用，因而是凝聚态物理和材料科学的核心议题。随着噪声中间规模量子处理器（NISQ）的出现，迎来了开发计算材料能带结构性质的量子算法的广泛关注。虽然在噪声导致简并性被打破的情况下，已有大量研究报告了计算基态和激发态能带的方法，但如何在量子计算机上识别交叉点处的对称性仍是未开放的问题。本文提出了一种方法，用于在NISQ设备上识别 bilayer 石墨烯两种不同配置下能带结构中交叉点和反交叉点附近的能带对称性。该方法利用位于触点两侧相邻k点上的本征态，通过实现一个利用辅助量子比特测量进行概率性测试的对称性字符检验电路，来恢复局部对称性。我们在去极化噪声模型下评估了该方法的性能，并使用四种不同的对称性操作矩阵表示来 assessing其鲁棒性。最后，我们在IBM量子处理器上实现了字符检验电路，成功识别了AA堆叠双层石墨烯在K点附近的正确能带交叉。
引用
@article{arxiv.2506.20483,
title = {Symmetry-Checking in Band Structure Calculations on a Noisy Quantum Computer},
author = {Shaobo Zhang and Akib Karim and Harry M. Quiney and Muhammad Usman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20483},
year = {2026}
}