Efficient classical computation of expectation values in a class of quantum circuits with an epistemically restricted phase space representation
我们设计了一个经典的算法，该算法有效地计算了一类连续变量量子线路中产生的量子期望值，其中最终的量子可观测值|在海森伯的电路演化之后，|最多是二阶动量经典的计算算法利用经典相空间中的一个特定的认知限制，直接捕获量子不确定性关系，将复希尔伯特空间中的量子线路转换为相空间中的经典但非常规的随机过程。由此产生的多维积分，然后使用蒙特卡罗抽样方法进行评估。研究表明，对于特定的计算方案，Wigner负性不是量子加速的充分资源。它突出了认识限制作为一种直观的概念工具，可用于研究量子和经典计算之间的边界的潜在作用。
2021-06-21 quant-ph
On the inclusion of cusp effects in expectation values with explicitly correlated Gaussians
本文阐述了[K. Pachucki，W. Cencek和J. Komasa，J.Chem.Phys.122，184101（2005）]，并将其用于非相对论性动力学和库仑势能算子的情况，以及用于相对论性质量-速度和达尔文项。该技术进行了测试的氦原子的基态电子态和新的结果报告的H $_3^+$分子离子的基态电子态附近的平衡结构。
2021-08-31 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Advantage with Adaptive Shallow Circuits
Beijing Normal University（北京师范大学）；Peking University（北京大学）；South China Normal University（华南师范大学）
该研究证明测量反馈可让自适应浅电路实现量子优势，固定相干深度下增加反馈结果能扩大可访问函数类，多项式反馈可将素域离散对数问题编码为单量子比特期望值，经典估计该期望值是困难的。
2026-08-18 quant-ph
Using Gaussian Boson Samplers to Approximate Gaussian Expectation Problems
本研究探索利用高斯玻色采样样本近似高斯期望问题，提出两种估计器，证明其相对于蒙特卡洛方法在特定精度和成功概率下可实现指数级加速，并确认存在非空问题子集支持该优势。
2025-02-27 quant-ph
Vacuum-Induced Symmetry Breaking in a Superconducting Quantum Circuit
在磁通量子比特超导量子线路与片上共面谐振器耦合的情况下，原子-腔耦合率达到腔或原子跃迁频率的相当一部分，即出现了超强耦合区.这种机制使得能够操纵具有可控物理性质的腔量子电动力学基态的可能性，并且可能出现谐振器场$\hat X= \hat a+\hat a^\dagger$在系统基态中获得非零期望值的情况。我们证明了在这种情况下，具有偶势的附加人工原子的宇称对称性被与谐振腔的相互作用打破。这种机制与希格斯机制非常相似，在希格斯机制中，弱力的规范玻色子的规范对称性被希格斯场的非零真空期望值打破。本文的结果为非零真空期望值引起的对称性破缺机制的可控实验开辟了道路。此外，本文提出的机制可以作为一个探针的基态宏观相干出现的量子相变与真空简并。
2015-09-19 quant-ph
Quantum Geometry of Expectation Values
提出期望值量子几何框架，连接算子集与哈密顿量本征态，边界对应基态并推广不确定性原理，应用于贝尔不等式和密度泛函，将高维线性问题转化为低维非线性代数几何问题。
2023-04-20 quant-ph
Coherent State Description of the Ground State in the Tavis-Cummings Model and its Quantum Phase Transitions
利用相干态的张量积方法，对任意数目原子的Tavis-Cummings模型中的基态的量子相变和感兴趣的观测量进行了分析。它被发现，这种“审判”状态构成了一个非常好的近似的精确量子解，因为它在全球范围内再现的物质和领域的可观测值的期望值。这些参数包括二能级原子的布居数和偶极矩以及压缩参数。在量子信息理论中，场-物质纠缠和保真度测度的一致性也被发现。分析在引起量子相变的分界线所定义的所有三个区域中进行。有人认为，这种协议是由于高斯结构的概率分布的运动常数和光子数。以解析形式给出了系统的基态可观量的期望值，并研究了系统的基态结构在穿过分界线时的变化。
2009-09-02 quant-ph
Noise-resilient preparation of quantum many-body ground states
利用由几何局域门组成的大深度量子线路可以制备一定的量子多体基态。在存在噪声的情况下，局部期望值最多偏离正确值与噪声率相当的量。如果无噪声电路的动作（仅限于某些子系统）迅速混合局部可观测量，直到一个小的校正，就会发生这种情况。作为一个例子，给出了表面码的编码电路。
2017-02-28 quant-ph
Modified Grover's algorithm for an expectation value quantum computer
翻译格罗弗的搜索算法从其标准版本，设计用于实施在一个单一的量子系统服从投影测量，到一个适合的合奏量子计算机，其输出的期望值的观测，详细描述。一个过滤方案，有效地确定期望值的有限部分的量子态，并用于定位一个单一的项目搜索涉及一个以上的标记项目。一个截断版本的格罗弗的算法，需要更少的步骤比翻译的标准版本，但定位标记的项目一样成功，提出。对于只返回期望值的量子计算设备，截断版本优于其标准版本。这表明可以修改量子算法，以便通过使用系综的空间资源来减少所需的时间资源。
2001-11-20 quant-ph
Low Depth Virtual Distillation of Quantum Circuits by Deterministic Circuit Decomposition
针对多量子比特期望值虚拟蒸馏中B门无法纠正噪声且可能破坏变分原理的问题，提出一种结合多投影的低深度确定性线路分解方法，在真实设备上有效缓解了VQE算法的实验噪声。
2024-08-19 quant-ph
The computational difficulty of finding MPS ground states
我们确定的计算难度，找到基态的一维（1D）哈密顿量，这是已知的矩阵乘积态（MPS）。为此，我们构造了一类具有唯一MPS基态和多项式间隙的一维无阻挫哈密顿算子，对于这类哈密顿算子，找到基态至少和因式分解一样困难。通过提升一个独特的基态的要求，我们得到一类，找到基态解决了NP完全问题。因此，对于这些哈密顿量，它甚至是不可能的，以证明基态已经found.We的结果，从而意味着，为了证明MPS上的变分方法的收敛性，作为密度矩阵重整化群，一个必须把更多的要求不仅仅是MPS基态和一个多项式谱间隙。
2008-08-01 quant-ph
Improving the accuracy of the energy estimation by combining quantum annealing with classical computation
量子化学计算是量子退火的重要应用。对于量子化学中的实际应用，必须以化学精确度估计哈密顿量的基态能量。然而，没有已知的方法来保证通过量子退火计算的能量的估计的准确性。在这里，我们提出了一种方法来提高的基态能量的估计精度结合量子退火与经典计算。在我们的方案中，在运行QA之前，我们需要通过使用一些近似执行经典计算来预先估计基态和第一激发态的能量，其中具有一些误差条（对应于可能的估计误差）。我们表明，如果QA后的状态的能量的期望值和方差小于一定的阈值（我们可以从预估计计算），QA为我们提供了一个更好的估计比预估计的基态能量。由于能量的期望值和方差可以通过QA实验测量，因此我们的结果为QA精确估计基态能量铺平了道路。
2021-02-10 quant-ph
Non-perturbative treatment of open-system multi-time expectation values in Gaussian bosonic environments
本文证明了开放量子系统在连续高斯玻色环境与由GKLS生成元演化的离散环境下多时刻期望值等价的条件，并提出用有限阻尼模式进行非微扰计算的方法。
2023-03-15 quant-ph
Machine Learning Regression for Operator Dynamics
确定作用在量子多体系统上的算符的期望值的动力学是一项具有挑战性的任务。矩阵乘积状态（MPS）传统上是这些系统的“首选”模型，因为在这种表示中计算期望值可以相对简单和高精度地完成。然而，当延长到长时间时，这样的计算可能变得计算成本高。在这里，我们提出了一个解决方案，有效地延长计算的期望值的长时间间隔。我们利用一个多层感知器（MLP）模型作为一个工具，用于回归MPS的期望值内计算的制度短的时间间隔。使用该模型，生成长时间动态的计算成本显著降低，同时保持高精度。这些结果证明与运营商有关的量子自旋模型在一个空间维度。
2021-02-23 cond-mat.str-el quant-ph stat.ML
Efficient solvability of Hamiltonians and limits on the power of some quantum computational models
我们考虑通过李代数理论定义的量子计算模型。在这些模型中，李代数量子门作用于指定的初始态，并在最后测量李代数元素的期望值。我们表明，这些模型可以有效地模拟在一个经典的计算机上的时间多项式的代数的维度，无论代数行为的希尔伯特空间的维度。类似的结果也适用于计算由门序列实现的运算符的期望值。我们介绍了李代数的广义平均场哈密顿量的概念，并表明它们是有效的（“确切”）可解的雅可比样对角化方法。我们的结果推广了早期的费米子线性光学计算，并提供了深入了解传统的量子计算模型的电源。
2006-01-04 cond-mat.other quant-ph
Potential energy surfaces inference of both ground and excited state using hybrid quantum-classical neural network
随着量子计算研究的不断深入，变分量子本征求解器（VQE）作为近期量子计算机的一种可能的应用而受到广泛关注。虽然VQE经常被应用于量子化学，但可靠的结果需要高的计算成本，因为需要无限多的测量来获得准确的期望值，并且期望值被计算多次以最小化变分优化过程中的成本函数。因此，有必要降低计算成本的VQE的实际任务，如估计的势能面（PES）的化学精度，这是特别重要的分子结构和化学反应动力学的分析。最近提出了一种混合量子经典神经网络用于VQE的替代建模[Xia $et\ al$，Entropy 22，828（2020）]。利用该模型，可以准确地推导出简单分子（如H2）的基态能量。在这项研究中，我们已经扩展了该模型，通过使用子空间搜索变分量子本征求解器程序，使PES的基态和激发态可以推断与化学的准确性。我们还通过使用IBM的QASM后端演示了采样噪声对预训练模型性能的影响。
2022-12-06 physics.chem-ph quant-ph
Computational Chemistry on Quantum Computers: Ground state estimation
我们目前的计算化学数据的小分子（$CO$，$HCl$，$F_2$，$NH_4^+$，$CH_4$，$NH_{3}$，$H_3O^+$，$H{_2}O$，$BeH_{2}$，$LiH$，$OH^-$，$HF$，$HeH^+$，$H_2$），通过实现单双激发的酉耦合簇方法（UCCSD）在量子计算机模拟器上获得。我们使用变分量子本征解（VQE）算法来提取这些分子的基态能量。该能量数据表示基于STO-3G，量子计算机将为给定分子产生的预期基态能量。由于在量子计算机上实现UCCSD有很多兴趣，我们希望我们的工作将成为未来实验实现的基准。
2019-06-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
How local is the information in MPS/PEPS tensor networks?
二维张量网络，如投影纠缠对态（PEPS），通常很难收缩。这可以说是2D变分张量网络方法仍然不如1D成功的主要原因。然而，如果张量网络表示局部哈密顿量的带隙基态，则不一定是这种情况;这样的状态受到许多约束，并且包含更多的结构。在本文中，我们介绍了一种新的方法来近似的期望值的本地观测基态的本地哈密顿量表示为PEPS张量网络。我们不收缩整个张量网络，而是尝试仅使用可观察点周围的张量网络的局部补丁来估计期望值。令人惊讶的是，我们证明，这往往是更容易做到这一点时，系统是沮丧的。在这种情况下，局部补丁的生成向量受到非平凡约束，可以通过半定规划来利用这些约束来计算期望值的严格下限和上限。我们测试我们的方法在1D系统中，在那里我们展示了如何的期望值可以计算到至少3或4位数的精度，即使当补丁半径小于相关长度。
2016-11-23 cond-mat.str-el quant-ph
A Feasible Approach for Automatically Differentiable Unitary Coupled-Cluster on Quantum Computers
我们开发计算负担得起的和编码独立的梯度评估程序的酉耦合集群型运营商，适用于量子计算机。我们表明，在我们的框架内，相对于参数化的n重费米子激发的期望值的梯度可以由四个类似的形式和大小的期望值来评估，而大多数标准的方法的基础上直接应用的参数移位规则来与O（2^（2n））期望值的相关成本。对于实波函数，这个代价可以进一步减少到两个期望值。我们的策略是在开源软件包龙舌兰酒内实现的，并允许可微目标函数的黑板式构造。我们说明了电子基态和激发态的初步应用。
2020-11-11 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Computational power of one- and two-dimensional dual-unitary quantum circuits
经典可模拟的量子线路告诉我们，量子计算何时变得不如经典计算强大或与经典计算相当。这种经典的可模拟电路很重要，因为它们说明了通用量子计算与经典计算机的不同之处。在这项工作中，我们提出了一个新的家庭的经典模拟电路，利用双酉量子线路（DUQCs），这是最近研究的精确可解模型的非平衡物理，我们表征其计算能力。具体来说，我们调查的计算复杂性的问题，计算本地期望值和采样问题的一维DUQC，我们将其推广到两个空间维度。我们发现，本地期望值的DUQC是经典的模拟在早期的时间，这是线性的系统长度。相反，在较晚的时候，他们可以执行通用量子计算，问题成为BQP-完全问题。此外，从DUQC采样的经典模拟变得困难。
2022-01-18 cond-mat.stat-mech cs.CC quant-ph
On temporal entropy and the complexity of computing the expectation value of local operators after a quench
本文研究一维量子系统中局域算符含时期望值的计算复杂度，证明时间转移矩阵的秩受局域算符海森堡演化的秩约束，并建立时间纠缠与局域算符纠缠的联系，表明当后者增长慢于线性时，时间矩阵乘积态方法优于标准矩阵乘积态技术。
2024-07-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
