利用中性原子量子计算机进行材料的热力学采样

中性原子量子硬件已成为可编程多体物理的一个有前景的平台。在这项工作中，我们开发并验证了一个实用的框架，用于利用此类硬件提取材料的热力学性质。我们以氮掺杂石墨烯作为测试案例。从密度泛函理论（DFT）形成能出发，我们通过拟合在位项和距离依赖的对相互作用，将材料能量学映射到适合量子退火的里德伯原子哈密顿量上。从 DFT 导出的哈密顿量无法直接在当前的 QuEra 设备上实现，因为硬件上可访问的最大能量尺度比材料中的目标两体相互作用小两个数量级。为了克服这一限制，我们引入了一种基于单一参数 $\alpha_v$ 的重标度策略，该策略确保硬件采样的玻尔兹曼权重与材料在有效温度 $T' = \alpha_vT$ 下的权重精确对应，其中 $T$ 是设备采样温度。这种重标度还在全局激光失谐 $\Delta_g$ 和巨正则化学势 $\Delta\mu$ 之间建立了直接对应关系。我们使用穷举枚举在一个 28 位的石墨烯纳米片上验证了该方法，并在一个更大的 78 位系统上进行了验证，其中蒙特卡洛采样证实了对低能构型的优先采样。