基于随机 Magnus 展开的鲁棒变分量子 Lindblad 动力学仿真

本文引入了一种新型且通用的框架，用于变分量子模拟 Lindblad 方程。基于未解 Lindblad 动力学、随机 Magnus 积分器与变分量子模拟之间的密切关系，我们提出了一种用于求解量子状态扩散方程的高阶方案。该表述促进了在变分量子算法时间演化框架内模拟 wavefunction 轨迹。我们的算法在两个关键方面显著提升了鲁棒性：即使使用较大的时间步长，仿真仍稳定；此外，实现对 Lindblad 动力学进行ensemble平均精确模拟所需的量子轨迹数量大幅减少。我们通过数值实例演示了该算法的有效性，包括经典与量子实现，涉及带阻尼的横场 Ising 模型（TFIM）、Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物以及自由度对模型（RPM）。仿真精度可系统性地提高，即使在高度振荡的 regime 下，该算法也保持可靠。这些方法预计适用于本研究所考虑的更广泛的开放量子系统。