Quantum Utility in Simulating the Real-time Dynamics of the Fermi-Hubbard Model using Superconducting Quantum Computers
University of Kansas（堪萨斯大学）；C. N. Yang Institute for Theoretical Physics, Stony Brook University（石溪大学杨振宁理论物理研究所）；IBM Quantum, IBM Thomas J. Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本文使用IBM超导量子计算机，通过可扩展的Trotter化方案模拟一维Fermi-Hubbard模型的实时动力学，并测量Néel可观测量的期望值，展示了超导量子平台在长时标和大纠缠系统中的量子实用性。
2026-05-25 cond-mat.str-el quant-ph
Universality class of quantum criticality in the two-dimensional Hubbard model at intermediate temperatures ($t^2/U\ll T\ll t$)
我们表明，稀释费米气体量子临界普适类定量描述莫特/金属交叉的二维哈伯德模型的温度略低于（约一半）的隧道，但远大于（约两倍）的超交换能。我们用数值精确的量子Monte Carlo方法计算了跃迁附近普遍存在的观测量--密度和压缩性。我们发现它们是化学势的泛函数。尽管产生于强关联区域的哈伯德模型，这些功能是由弱相互作用，稀释费米气体模型。这些观测值和它们的衍生物是唯一预期的普遍静态观测值的普遍性类，我们也证实了验证有没有标度坍塌的动能，分数的双占据的网站，最近邻自旋相关。我们的工作解决了普遍性类的中温莫特/金属交叉，这也被提出来描述更奇异的理论。然而，在塞曼磁场的存在下，我们发现自旋与巡游电荷的相互作用可以导致超出稀费米气体普适类的物理。
2011-06-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Environment-assisted transport in a strongly correlated boundary-driven Fermi-Hubbard chain
Izmir Institute of Technology（伊兹密尔理工大学）
研究边界驱动且各格点耦合局部退相浴的一维费米-哈伯德链稳态输运，用TEBD方法求解，发现退相诱导两种输运增强机制，揭示多体关联对相干驱动等物理量相互作用的塑造。
2026-09-07 cond-mat.str-el quant-ph
Expansion dynamics in the one-dimensional Fermi-Hubbard model
在一维哈伯德模型中，采用基本精确的时间演化块抽取（TEBD）方法，模拟了晶格中相互作用费米子的膨胀动力学。特别地，被认为是初始带绝缘体状态的扩展。我们分析了模拟结果的基础上的两个网站的两个粒子系统，所谓的哈伯德二聚体的动力学。我们的研究结果描述了最近的一个实验的费米气体在二维晶格中的膨胀的基本特征。我们表明，哈伯德二聚体动力学，结合双流体模型的成对和非成对的气体成分，给出了一个有效的描述的完整的动态。这对于描述一般晶格中强相互作用费米子的动力学现象是有用的。
2011-03-20 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Compressed variational quantum eigensolver for the Fermi-Hubbard model
费米-哈伯德模型是量子计算机使用变分量子本征求解器算法求解的一个看似合理的目标。然而，经典精确对角化无法解决的问题规模也超出了当前量子计算硬件的范围。在这里，我们使用了一种简单的方法，它压缩了哈伯德模型的第一个非平凡子案例-一个自旋向上和一个自旋向下的费米子-使更大的实例能够使用当前的量子计算硬件来解决。我们实现了这种方法的超导量子硬件平台上的$2 \times 1$哈伯德模型的情况下，包括错误缓解技术，并表明，基态被发现具有相对较高的精度。
2020-06-18 quant-ph
Phase-Sensitive Measurements on a Fermi-Hubbard Quantum Processor
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）
本文研究了在光学超格中利用费米-海伯格模型进行相敏感测量的高效协议，通过全局淬火动力学和短虚时间演化测量复杂洛施密特回声，揭示了费米-海伯格模型的谱特性。
2026-05-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Fermion pairing in body-centered-cubic quantum simulators of extended Hubbard models
我们研究了在稀释极限下，体心立方光晶格的扩展哈伯德模型（$UV$模型）冷原子量子模拟器中费米子对的形成和凝聚，预测了小的和轻的费米子对.计算对质量、半径和结合条件，并用于计算转变温度。我们预测：（a）在体心立方光晶格中形成局部电子对，结合能可能很大;（b）对于特定的情况，其中原位$U$和位间$V$具有相似的尺寸，电子对既小又轻;以及（c）$^6$ Li原子对在约10 nK的温度下玻色-爱因斯坦凝聚。
2021-10-06 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Glassy disorder-induced effects in noisy dynamics of Bose-Hubbard and Fermi-Hubbard systems
本文研究了在噪声存在下，光晶格中超冷原子系统的时间演化过程中的淬火无序平均效应。对于玻色-哈伯德哈密顿系统，我们量化的哈密顿参数的物理观测量，包括在基态的二体纠缠的无序的响应，并报告在弱相互作用的情况下，无序诱导增强的存在。对于费米-哈伯德哈密顿量描述的两种费米子系统，我们发现类似的结果。在这两种情况下，我们的动力学计算表明，从演化的初始状态的无序的影响没有明显的变化。我们解释我们的研究结果中的参数和行为的观察参数的无序的统计。
2022-09-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
Long Distance Entanglement and High-Dimensional Quantum Teleportation in The Fermi-Hubbard Model
研究了有限尺寸Fermi-Hubbard开放链中的长距离纠缠以及端到端的量子隐形传态。我们展示了费米-哈伯德模型基态支持最大长距离纠缠的特性，这使其能够作为高保真度长距离量子隐形传态的量子资源运行。我们确定了产生可伸缩长距离纠缠的物理性质和条件，并分析了在库仑相互作用和跳跃幅度的影响下纠缠的稳定性。此外，我们表明，在协议中的测量基的选择可以显着影响的量子隐形传态的保真度，我们认为，完美的信息传输可以通过选择一个适当的基础，反映显着的特性的量子信道，即哈伯德投影测量。
2022-10-31 quant-ph
Experimental realization of fragmented models in tilted Fermi-Hubbard chains
量子多体系统甚至在没有无序的情况下也可以对抗热化。有趣的是，非遍历性可能是由多体希尔伯特空间分裂成动态不连通的子空间引起的。倾斜的一维费米-哈伯德模型是在大倾斜极限下微扰实现碎裂模型的一个平台。在这里，我们证明了这种有效的描述的瞬态动力学使用超冷费米子的有效性。有效的分析模型允许详细了解紧急的微观过程，在我们的情况下，表现出明显的doublon-number依赖。我们研究这一实验通过调整在初始状态的doublon分数。
2021-06-29 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Non-Equilibrium Mass Transport in the 1D Fermi-Hubbard Model
我们用实验和数值方法研究了均匀一维光晶格中费米子的突然膨胀。对于具有可观数量的双重子的初始状态，我们观察到快速膨胀的单重子和留在陷阱中心的慢双重子之间的动力学相分离，实现了强相互作用极限中费米量子蒸馏的关键方面。对于初始状态没有doublons，我们发现一个减少的相互作用的依赖性的渐近膨胀速度相比，玻色子，这是解释的相互作用能量产生的淬火。
2018-09-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Hybrid quantum-classical analog simulation of two-dimensional Fermi-Hubbard models with neutral atoms
本研究利用里德伯量子处理单元，通过混合量子-经典算法（辅助自旋求解器）模拟二维费米-哈伯德模型，避免直接编码费米子，可研究莫特转变及非平衡性质，展现混合方法潜力。
2025-10-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
A proposal for realising quantum scars in the tilted 1D Fermi-Hubbard model
受最近观察到的具有倾斜势的1D费米-哈伯德链中由于希尔伯特空间碎裂而导致的遍历性破坏的启发[Scherg et al.，arXiv：2010.12965]，我们表明，相同的系统也主机量子多体疤痕的制度$U\approx Δ\gg J$在电子填充因子$ν=1$。我们用数值方法证明了该模型中的结疤现象类似于其他已知的实现，如里德伯原子链，包括持续的动力学复苏和遍历性破坏的多体本征态。同时，我们表明，在费米-哈伯德模型疤痕的机制是不同的，从文献中的其他例子：疤痕起源于一个子图，代表一个自由自旋-1顺磁体，这是弱连接到其余的哈密顿邻接图。我们的工作表明，倾斜光晶格中的相关费米子提供了一个平台，用于理解多体疤痕和其他形式的遍历性破坏，如本地化和希尔伯特空间碎片的相互作用。
2021-08-13 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Dynamical quantum phase transitions in the one-dimensional extended Fermi-Hubbard model
基于张量网络模拟，研究了扩展的费米-哈伯德模型描述的一维半满晶格中动力学量子相变的出现.考虑到不同的初始状态，即非相互作用，金属，绝缘自旋和电荷密度波，我们确定了几种类型的突然相互作用淬灭，导致DQPT。此外，明确连接到特定属性的观测，特别是平均双占领或电荷不平衡，建立在两个主要制度，并在这种对应关系退化和丢失的情况进行了讨论。动力学跃迁导致的高频时间周期调制也被发现，这是很好地描述了一个Floquet有效的哈密顿量。最先进的冷原子量子模拟器构成了理想的平台，以实现几个报告的DQPT实验。
2022-03-31 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Efficient classical simulation of time dynamics in Fermi-Hubbard models with imaginary interactions
Phasecraft Ltd.（Phasecraft有限公司）
该研究提出了一种高效经典算法，用于模拟具有虚交互的费米-海伯格模型的时间动态，利用了混合单位ary通道采样方法，并讨论了其复杂性及应用。
2026-01-18 quant-ph
Quantum gates and architecture for the quantum simulation of the Fermi-Hubbard model
量子计算机是进行量子模拟的理想平台。只要有足够的相干操作和量子比特，这种机器就可以用来模拟强相关材料，在这种材料中，复杂的量子效应会产生反直觉的宏观现象，比如高温超导。在本文中，我们提供了一个门分解和结构的量子模拟器用于模拟费米-哈伯德模型的混合变分量子经典算法。我们提出了一个简单的平面实现无关的量子位布局，也可以用来模拟更一般的费米子系统。通过一个具体的应用，我们展示了门分解用于模拟费米-哈伯德模型的集团的哈密顿量。我们简要地分析了Trotter-Suzuki错误，并估计更复杂的应用程序的算法的缩放特性。
2016-06-01 quant-ph
Accurate Simulation of the Hubbard Model with Finite Fermionic Projected Entangled Pair States
本研究结合有限费米子投影纠缠对态与变分蒙特卡罗方法精确模拟2D Hubbard模型基态，以较低键维度超越DMRG能量，并在大尺寸晶格中观察到条纹取向的维度交叉。
2025-05-31 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con quant-ph
Exact localized and ballistic eigenstates in disordered chaotic spin ladders and the Fermi-Hubbard model
我们证明了一类无序相互作用的一维量子系统中存在精确的非典型多体本征态，其中包括费米-哈伯德模型作为特例。这些非典型的本征态，一般具有有限的能量密度和指数的数量，是由非相互作用的激发填充。它们可以表现出安德森局域化与面积律本征态纠缠，或令人惊讶的是，弹道输运在任何无序强度。这些属性显着不同的典型的本征态附近的能量，我们表明引起扩散运输预期在一个混沌量子系统。我们讨论了如何在实现费米-哈伯德模型的冷原子实验中观察到这些非典型本征态，并评论了它们的性质的鲁棒性。
2019-07-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Quantum simulation of Fermi-Hubbard models in semiconductor quantum dot arrays
我们提出了一个装置，用于研究费米-哈伯德模型与长程库仑相互作用使用的量子点阵列中定义的半导体二维电子气系统。具有高于最低能量带的能量的带用于形成哈伯德模型，其允许在实验上更简单地实现装置。我们发现，取决于平均电子密度，该系统是很好地描述了一个或两个带哈伯德模型。我们的器件设计使得能够独立于量子点的填充来控制库仑相互作用与电子的动能的比率，使得可以探测哈伯德相图的大部分。哈伯德参数的估计表明，金属-莫特绝缘体量子相变和d波超导相应该是可观察到使用目前的制造技术。
2007-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Open Fermi-Hubbard model: Landauer's vs. master equation approaches
我们介绍了一个简单的模型，费米粒子之间的量子输运的两个接触连接的铅。它推广了Landauer公式，明确考虑了接触中的弛豫过程。我们计算的接触电阻和非平衡准动量分布的载流子在铅，并表明，它们强烈依赖于弛豫过程的速率。
2020-11-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Towards Studying Superconductivity in the Fermi-Hubbard Model on Rydberg Atoms
The MITRE Corporation（MITRE公司）
本研究利用瑞利原子处理器和SQD算法计算费米-海伯模型基态能量，探讨准超导性，并展示量子处理器的实验结果与算法实现。
2026-03-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Hamiltonian Learning for the Fermi-Hubbard Model
针对有界度图上的Fermi-Hubbard模型，提出一种抗态制备与测量误差的量子哈密顿量学习协议，以与系统尺寸无关的常数因子和Heisenberg极限标度实现所有参数的ε精度估计。
2024-05-01 cs.NA math.NA quant-ph
Thermodynamics of a Modified Fermi-Hubbard Model
本文利用递推关系假设研究修正Fermi-Hubbard模型的热力学性质，对比了格点密度为1与无约束的情况，发现该模型存在类整数量子霍尔的二级连续相变及基态一级相变。
2024-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum gas microscopy of an attractive Fermi-Hubbard system
费米-哈伯德模型是研究晶格上费米子配对和超导性的最简单的理论模型。虽然它的s波配对对称性排除了它作为高温超导的微观模型，但它表现出许多相关的现象，包括在中间耦合的短相干长度和具有异常性质的赝能隙制度。在这里，我们研究了这个模型的实验实现使用一个二维（2D）原子费米气体在光晶格。我们的网站解决正常状态的测量显示棋盘电荷密度波的相关性接近半填充。在半充满时，哈伯德模型的“隐藏”SU（2）赝自旋对称性保证了我们系统中的超流关联，这是超冷费米子单带哈伯德系统中这种关联的第一个证据。与配对原子分数相比，我们发现电荷密度波相关性是一个更灵敏的温度计，可用于在未来的实验中优化冷却到超流相。
2017-05-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Correlations in the Bose & Fermi Hubbard Model
本文研究了大配位数Z极限下的Bose-Hubbard和Fermi-哈伯德模型（即，许多隧道合作伙伴）。通过控制扩展到1/Z的幂，我们建立了一个层次的相关性，这有利于量子演化的近似解析解。对于玻色-哈伯德模型，我们导出了Mott相到超流相的猝灭后相相干性的增长。对于Mott相内的猝灭，我们发现各种局部观测量在有限的时间段后接近准平衡态。然而，这种状态不是热的，即，真正的热化--如果发生的话--需要更长的时间尺度。对于Mott态的倾斜晶格，我们计算了隧穿概率，并发现了与Sauter-Schwinger效应的显著相似之处（即，由于强电场从真空中产生电子-正电子对）。这些分析结果进行了比较，在一个和两个维度的有限晶格的数值模拟，我们发现定性协议。最后，我们将这些研究推广到更复杂的费米-哈伯德模型。
2012-08-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
One- and two-axis squeezing via laser coupling in an atomic Fermi-Hubbard model
本文研究了在Mott绝缘相下用费米-哈伯德模型描述的超冷原子费米子产生自旋压缩态。我们显示激活的两个扭曲机制的原子内部自由度之间的位置依赖的激光耦合。单激光耦合模拟单轴扭转模型，扭转轴的方向由耦合相位决定。添加具有适当选择的相位的第二激光束为模拟双轴反扭曲模型铺平了道路，从而能够接近海森堡限制的压缩水平。
2022-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Fast classical simulation of `Fast, accurate, high-resolution simulation of large-scale Fermi-Hubbard models on a digital quantum processor'
California Institute of Technology（加州理工学院）
针对近期量子硬件模拟过的一维费米-哈伯德模型奈尔猝灭动力学，本文用横向张量网络收缩（键维度32）的经典模拟，更快更准确得到7260条可观测量轨迹，还扩展了轨迹的可模拟时长。
2026-08-17 quant-ph
Bose-Hubbard model for universal quantum walk-based computation
基于二维玻色-哈伯德模型，提出了一种基于分段常数图上无自旋相互作用玻色量子步行器的普适量子计算方案.构造了任意的X和Z旋转，以及纠缠的两量子比特CPHASE门和SWAP门。量子信息被编码在图上的步行者的位置中，如在先前的用于通用量子计算的基于量子步行的提议中，尽管与先前的方案相比，该提议需要在编码量子比特的数量上仅线性的顶点的数量。它允许单量子比特测量以直接的方式与本地化算子一起执行，并且可以直接在提供的通用门集合内或通过将晶格扩展到第三维来利用现有的量子纠错码。我们提出了一个直观的逻辑编码的例子来实现七量子位Steane代码。最后，提出了一种利用超冷原子在光晶格中实现的方法。
2012-04-26 cond-mat.quant-gas quant-ph
Universal upper bounds on the Bose-Einstein condensate and the Hubbard star
对于具有$d$位置的任意格点上的$N$硬核玻色子，且与附加相互作用项无关，我们证明了硬核约束本身已经强制了由$N_{max}=(N/d)(d-N+1)$给出的玻色-爱因斯坦凝聚体的一个普适上界.只有当单粒子态$|φ\rangle$相对于硬核基（位点）具有相等的振幅时，并且当相应的$N$ -粒子态$|Ψ\rangle$最大程度地离域时，才能达到这种束缚。这个结果被推广到一个给定的子格内可能的最大凝聚。我们观察到，这种最大的本地凝聚是唯一可能的，如果子晶格和它的补充之间的模式纠缠是最小的。我们还表明，最大化状态$|Ψ\rangle$是相关的玻色“哈伯德星”的基态显示玻色-爱因斯坦凝聚。
2017-07-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Exploring thermal equilibria of the Fermi-Hubbard model with variational quantum algorithms
提出优化的变分量子算法与物理启发电路，以克服相干性限制并模拟含化学势的排斥 Fermi-Hubbard 模型高温热性质。
2024-06-13 cond-mat.mtrl-sci hep-lat quant-ph
Equilibration and prethermalization in the Bose-Hubbard and Fermi-Hubbard models
研究了大配位数$Z\gg1$（形式）极限下的玻色和费米-哈伯德模型.通过对$1/Z$的幂展开，我们建立了一个关联的层次，它便于近似解析推导单、双格点等约化密度矩阵的时间演化。用这种方法，我们研究了量子猝灭后的量子动力学（从基态开始），即，在突然将隧穿速率$J$从零切换到仍处于Mott状态的有限值之后。我们发现约化密度矩阵经过一段时间后接近（准）平衡态。对于一个晶格位置，这种状态可以用热态来描述（在我们近似的精度范围内）。然而，包含关联的两个位置的约化密度矩阵的（准）平衡态不能用热状态来描述。因此，真正的热化（如果发生的话）需要更长的时间。这种行为已经在其他场景中观察到，有时被称为“预热化”。最后，我们将我们的结果与一维和二维有限晶格的数值模拟进行了比较，并找到了定性的一致性。
2014-03-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Emulating the one-dimensional Fermi-Hubbard model by a double chain of qubits
Jordan-Wigner变换将一维自旋1/2系统映射到没有自旋自由度的费米子模型上。一个双量子比特链，沿着链和链之间分别具有相邻量子比特的XX和ZZ耦合，可以映射到自旋全一维费米-哈伯德模型上。因此，量子比特系统可以用来模拟这个模型的量子特性。我们分析这种模拟量子模拟器的物理实现，包括基于transmon量子位的模拟量子模拟器，其中ZZ相互作用是由于电感耦合而产生的，XX相互作用是由于电容相互作用而产生的。我们提出的协议，以获得信心的模拟结果，通过测量本地运营商。
2018-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dirac fields in curved spacetime as Fermi-Hubbard model with non unitary tunnelings
在这篇文章中，我们表明，在弯曲的背景时空中的狄拉克哈密顿量可以解释，离散时，作为一个紧束缚费米-哈伯德模型与非幺正隧道。我们发现的形式的非酉隧道矩阵的度量张量。这项工作背后的主要动机是这样的哈密顿的可行性，通过在冷原子实验中的激光辅助隧道。因此，该映射提供了这种哈密顿量的物理解释。我们演示了使用的映射的例子中的时间依赖度量2+1维。研究自旋动力学，我们发现定性的协议与已知的理论预言，即粒子对创建膨胀宇宙。
2014-07-01 cond-mat.quant-gas hep-lat quant-ph
