Subspace Diagonalization on Quantum Computers using Eigenvector Continuation
量子子空间对角化（QSD）方法是量子-经典混合方法，通常用于通过将哈密顿量投影到较小的子空间来找到基态和激发态能量。在应用这些方法时，从基的完备性和在量子计算机上实现的效率的角度来看，子空间基的选择是至关重要的。在这项工作中，我们提出了本征向量延拓（EC）作为QSD方法，在参数空间中的不同点的哈密顿量的低能态被选为子空间的基础。这种独特的选择使得能够以最小的硬件工作量快速评估低能光谱，包括基态和附近的激发态。作为一个特别的优点，EC能够捕获对应于问题的不同对称扇区的跨基态交叉的频谱。我们证明了这种方法的相互作用自旋模型和分子。
2022-09-21 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Characterizing Superradiant Phase of the Quantum Rabi Model
本文提出两次连续对角化方案，在全耦合范围内精确求解量子 Rabi 模型的基态与激发态，并借助随机矩阵理论揭示超辐射相中光子布居从类 Poisson 分布到高斯系综统计的演化规律。
2022-07-27 quant-ph
Coherence measures in the strictly incoherent operation framework and its application in the multi-path interferometer
School of Science, Beijing Information Science and Technology University（北京信息科技大学理学院）
本文在严格非相干操作框架下，基于保真度提出一种新的相干度量，推导其解析表达式及与其他度量的关系，证明其单调性，并将其应用于多路径干涉仪中波动性的刻画，给出保真度形式的波粒二象性关系。
2026-06-18 quant-ph
Characterizing nonclassical correlation using affinity
几何不协调是对二分系统量子性的一种度量，它描述了局域不变的冯诺依曼投影测量对量子态的最小非局域效应。这一措施的最初版本是遭受当地的附属问题。在这篇文章中，我们提出了一个新的版本的几何不和谐使用亲和力。这个量满足二分系统量子关联的所有标准，并解决了基于Hilbert-Schmidt范数的不和谐的局部附属问题。我们分析评估建议的数量为纯和混合状态。对于任意纯态，证明了基于仿射的几何不和谐等于纠缠的几何度量。进一步，我们得到了m个\times n维任意混合态的这种测度的一个下界，并得到了2个\times n维混合态的几何不协调的一个封闭公式.最后，作为例子，我们研究了Bell对角态、各向同性态和Werner态的非定域性。
2019-06-07 quant-ph
Quantum-enhanced Green's function Monte Carlo for excited states of nuclear shell model
本文提出一种混合量子-经典GFMC算法，利用量子子空间对角化制备试探态并结合改进的经典阴影技术，有效缓解符号问题并提高核壳模型激发态能量估计精度。
2025-08-22 quant-ph
Excited-State Downfolding Using Ground-State Formalisms
本研究提出利用非Aufbau参考行列式的基态降维形式论来描述双重激发态，构建特定态有效哈密顿量，在活性空间对角化后获得了与高级CC方法相当的激发能，为量子计算在激发态化学中的应用铺平道路。
2023-10-20 physics.chem-ph quant-ph
Characterizing Coherent Errors using Matrix-Element Amplification
针对量子门相干误差表征中低频噪声限制精度、相位扫描效率低的问题，提出MEADD协议，通过交错目标门与动力学解耦序列，在Sycamore处理器上实现CZ门相干参数估计5-10倍精度提升，还检测到此前无法可靠识别的相干串扰。
2024-12-03 quant-ph
Probing excited-state quantum phase transition in a quantum many body system via out-of-time-ordered correlator
非时序关联函数（OTOC）作为信息置乱和量子混沌的一种度量，在物理学的许多领域发挥着越来越重要的作用。在这项工作中，我们验证了OTOC也可以用作量子多体系统中激发态量子相变（ESQPT）的探测器。利用精确对角化方法，我们研究了Lipkin模型中OTOC的动力学性质。结果表明，OTOC在ESQPT的不同阶段表现出明显的演化行为。因此，ESQPT在量子多体系统中的存在可以通过OTOC的不同动力学行为清楚地发出信号。特别是，我们表明，稳态值的OTOC作为序参量的ESQPT。我们的研究结果突出了OTOC和ESQPT之间的联系，这使得一个使用OTOC的实验测试ESQPT在量子多体系统。
2019-12-07 quant-ph
Excited-state quantum phase transitions in a two-fluid Lipkin model
背景资料：在基态量子相变（QPT）的框架下，组合系统已经引起了人们极大的兴趣，并且它们的许多性质已经得到了详细的研究。然而，在这些系统中，所谓的激发态量子相变（ESQPT）的研究并没有得到如此多的关注。目的：对双流体Lipkin模型中的ESQPT进行量子分析。研究是通过选定的值的控制参数，以覆盖系统相图的最有趣的区域的哈密顿对角化。[方法]对相互作用玻色子模型（IBM）的相容Q哈密顿量进行对角化，并分析其态密度、Peres晶格、最近邻间距分布和参与比等性质。结果：概述了两流体Lipkin模型的相图中选定的位置的频谱。激发态量子相变的位置可以很容易地用Peres晶格、最近邻间距分布、庞加莱截面或参与比来确定。结论：本研究完成了对双流体Lipkin模型的量子点的分析，将以前的研究扩展到了激发态。组合系统中的ESQPT签名的行为与单个系统中的行为相同，尽管它们存在的证据有时会变得模糊。Peres晶格是研究ESQPT位置和定义激发态中相位概念的方便工具。
2017-05-08 nucl-th quant-ph
Characterizing the dynamical phase diagram of the Dicke model via classical and quantum probes
我们从理论上研究了迪克模型在经典和量子极限下的动力学相图，使用大的，实验相关的系统尺寸。我们的分析阐明，该模型具有动力学的临界点，不同于以前研究的激发态平衡过渡。此外，我们的数值计算表明，平均场的动力学特征在精确的量子动力学仍然有效，但我们也发现，在量子效应占主导地位的动态相位和混沌签名的制度可以坚持在纯粹的量子度量，如纠缠和相关。我们的预测可以验证在当前的量子模拟器的迪克模型，包括阵列的捕获离子。
2021-05-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum Filter Diagonalization: Quantum Eigendecomposition without Full Quantum Phase Estimation
我们开发了一种量子滤波器对角化方法（QFD），该方法介于变分量子本征求解器（VQE）和相位估计算法（PEA）之间，所需的量子线路资源和概念简单。QFD使用一组时间传播的猜测状态作为稀疏泡利哈密顿量近似对角化的变分基础。基函数的变分系数由Rayleigh-Ritz方法通过经典求解时间传播猜测态空间中的广义本征值问题来确定。在量子线路中，子空间哈密顿量和子空间度量矩阵的矩阵元素均通过单辅助扩展交换测试来确定，即，单辅助PEA电路的统计收敛性这些矩阵元素可以通过许多并行的量子线路评估来确定，并且本征向量的最终Ritz估计可以在概念上被准备为在单独的量子态准备电路上的线性组合。QFD方法自然地提供了基态、激发态和过渡期望值的计算。我们数值证明了潜在的方法通过经典模拟的QFD算法的八聚体的BChl-a的发色团所表示的8量子比特从头算激子模型（AIEM）的哈密顿量的N=8。仅使用少量的时间位移点和粗糙的，变分的Trotter扩展的时间传播算子，QFD方法恢复的吸收光谱的准确预测。
2019-09-19 quant-ph
Continuous and time-discrete non-Markovian system-reservoir interactions: Dissipative coherent quantum feedback in Liouville space
基于张量网络实现的路径积分减少指数记忆缩放多项式的效率和Liouville空间实现的时间离散量子存储器，我们研究了量子系统同时暴露于两个结构水库。为此，我们采用了一个数值精确的准二维张量网络相结合的对角和非对角系统水库的相互作用与双重记忆连续和离散的延迟效应。作为一个可能的例子，我们研究了离散光子反馈和结构化声学声子模式之间的非马尔可夫动力学相互作用，导致新兴的水库间的相关性和长寿的人口捕获在一个初始激发的两能级系统。
2021-04-17 quant-ph
Encoded probabilistic imaginary-time evolution on a trapped-ion quantum computer for ground and excited states of spin qubits
本研究利用囚禁离子量子计算机，结合Iceberg码量子错误检测与二阶Trotter-Suzuki分解的高效实现，首次运行编码概率虚时演化电路，成功求解两类材料自旋单态的基态和激发态，验证了三种缺陷作为自旋量子比特的高潜力。
2025-01-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Bell Diagonal and Werner state generation: entanglement, non-locality, steering and discord on the IBM quantum computer
我们提出了第一个正确的特殊用途的量子线路贝尔对角态（BDS）的准备，并在IBM量子计算机上实现它们，在全参数空间中表征和测试它们的量子相关性的复杂方面。在提出的电路中，一个只涉及两个量子位，但需要适应量子断层扫描程序并行处理经典位。整个类的贝尔对角态的产生，和一些特征指标，即纠缠的形成，CHSH非局域性，转向和不和谐，实验评估在整个参数空间，并与理论比较。作为这项工作的副产品，我们还发现了“量子不和谐”和“不和谐的非对称相对熵”之间的一个显著的一般不等式：前者永远不会超过后者。我们还证明了，对于所有的BDS的两个重合。
2021-05-16 cs.IT math.IT quant-ph
Characterization of the lowest excited-state ro-vibrational level of $^{23}$Na$^{87}$Rb
从基态$^{23}$ Na $^{87}$ Rb分子的超冷样品出发，用高分辨激光光谱研究了$b^3Π$的最低振转能级.这种电子自旋禁戒$X^1Σ^+ \leftrightarrow b^3Π$跃迁具有近似对角的Franck-Condon因子，并已被提出用于探测和操纵超冷分子气体。我们通过探测近共振光引起的交流斯塔克位移直接测量跃迁强度，通过观察分子的损失来确定总的激发态自发发射率。从提取的分支比和理论模型，我们发现，泄漏到连续的$a^3Σ^+$状态在总的过渡线宽起主导作用。基于这些结果，我们表明，它是可行的，以最大限度地提高与激光调谐到这个过渡附近的旋转相干性，创建光学陷阱的潜力。
2021-08-02 physics.atom-ph quant-ph
Probing excited-state dynamics with quantum entangled photons: Correspondence to coherent multidimensional spectroscopy
量子光是推动量子技术的关键资源。其中一类技术旨在使用光的工程量子态来提高光学测量的精度。在本研究中，我们研究了单色激光通过参量下转换产生的频率纠缠宽带光子对的透射率测量。结果表明，当纠缠时间足够短时，通过调节纠缠双光束之间的光程差，可以在时间上解决所研究系统中的态-态动力学。非经典光子关联使得能够利用单色泵浦进行时间分辨光谱学。它进一步表明，该信号对应于沿反对角线的光谱信息，例如，二维傅里叶变换的光子回波光谱。这种对应关系启发我们预期，更精心设计的光子态将扩大量子光谱学的可用性。
2020-07-15 physics.chem-ph quant-ph
Excited States from ADAPT-VQE convergence path in Many-Body Problems: application to nuclear pairing problem and $H_4$ molecule dissociation
提出一种基于ADAPT-VQE收敛路径子空间对角化的量子算法，用于准确获取多体系统低能激发态，并成功应用于核配对与$H_4$分子解离问题。
2025-06-27 nucl-th quant-ph
Directly Characterizing the Coherence of Quantum Detectors by Sequential Measurement
量子测量的量子特性是量子信息处理中不可缺少的资源，引起了广泛的研究兴趣。传统的方法来揭示量子特性依赖于重建的整个测量算子的量子探测器层析成像。然而，许多特定的性质可以通过测量算子的一部分矩阵元素来确定，这为简化性质表征过程提供了可能。在这里，我们提出了一个一般的框架，直接获得个别矩阵的测量算子的条目，通过顺序测量两个不兼容的可观测量。这种方法使我们能够绕过量子测量的完全层析成像，并提取有用的信息，为我们的目的。我们通过实验实现了这个方案，通过确定非对角矩阵元素来监测一般量子测量的相干演化。测量精度的研究表明，该方案对任意量子测量都具有良好的可行性。我们的结果为通过选择性地确定测量算符的矩阵元来揭示量子测量的量子特性铺平了道路。
2021-11-19 physics.optics quant-ph
Energy-filtered excited states and real-time dynamics served in a contour integral
基于柯西积分公式理论，提出EOM-CCSD框架下寻找近指定能量本征对的算法（可计算XAS相关核心激发态），并推广得到能支持极大步长且保留精确光谱信息的新型RT-EOM-CCSD实时电子动力学算法。
2025-02-28 physics.chem-ph quant-ph
Quantum simulation of molecular excited-state manifolds and energies using the TEPID-ADAPT-VQE algorithm
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of North Dakota（北达科他大学）
本文利用TEPID-ADAPT-VQE算法，通过变分对角化截断低温吉布斯态，同时制备多个激发态，在H2、LiH和线性H4分子上实现了化学精度内的激发态谱和势能曲线，并展示了其相比MORE-ADAPT仅需单一超参数的优势。
2026-06-28 physics.chem-ph quant-ph
Characterizing losses in InAs two-dimensional electron gas-based gatemon qubits
本文对基于InAs二维电子气的gatemon量子比特与共面波导谐振器进行表征，实现了相干Rabi振荡，测得1.5 GHz可调频带内T1为100 ns，并系统分析了损耗机制及未来改进方向。
2024-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Machine Learning Quantum States -- Extensions to Fermion-Boson Coupled Systems and Excited-State Calculations
为了分析量子多体哈密顿，最近，机器学习技术已经被证明是非常有用和强大的。然而，这种机器学习求解器的适用性仍然有限。在这里，我们提出的方案，使之有可能应用机器学习技术来分析费米子-玻色子耦合哈密顿量和计算激发态。至于推广到费米子-玻色子耦合系统，我们研究了作为费米子-玻色子耦合哈密顿量代表的Holstein模型。我们表明，机器学习求解器实现了高度准确的基态能量，与变分蒙特卡罗方法相比，大大提高了精度。对于激发态的计算，我们提出了与K. Choo等人，物理修订版信函121（2018）167204.我们详细讨论了这两种方法的差异，并使用一维$S=1/2$海森堡链比较了两种方法的精度。我们还显示了基准的挫折二维$S=1/2$ $J_1$ - $J_2$海森堡模型，并显示出良好的协议所获得的结果的精确对角化。这里展示的扩展打开了一种使用机器学习技术分析一般量子多体问题的方法。
2020-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Characterizing conical intersections of nucleobases on quantum computers
The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Connecticut（康涅狄格大学）；Mirion Technologies (Canberra) Inc.（米里恩技术（堪培拉）公司）；Yale University（耶鲁大学）
本文首次利用超导量子计算机模拟生物分子胞嘧啶的锥形交点，采用CQE算法与VQD对比，研究强关联分子的电子结构，为光化学和光生物学过程理解提供新方法。
2024-10-24 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Equivariant Variational Quantum Eigensolver to detect Phase Transitions through Energy Level Crossings
本研究提出等变量子电路保持自旋和平移对称性，精确描述链上J1-J2海森堡模型的单重态和三重态激发态，通过能级交叉检测相变点，并验证零噪声外推可恢复噪声下的物理性质。
2024-12-17 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Krylov subspace algorithms for ground and excited state energy estimation
量子Krylov子空间对角化（QKSD）算法提供了一种低成本的替代传统的量子相位估计算法估计的基态和激发态的能量的量子多体系统。虽然QKSD算法通常依赖于使用Hadamard测试来估计$\langle ϕ_i|e^{-i\hat{H}τ}|ϕ_j \rangle$形式的Krylov子空间矩阵元素，但相关的量子线路需要具有受控多量子比特门的辅助量子比特，这对于近期量子硬件来说可能非常昂贵。在这项工作中，我们表明，广泛的一类哈密顿相关的凝聚态物理和量子化学包含对称性，可以利用，以避免使用阿达玛测试。我们提出了一个多保真度估计协议，可用于计算这些数量表明，我们的方法，当与有效的单保真度估计协议相结合，提供了一个大幅度减少电路深度。此外，我们开发了量子Krylov子空间算法的统一理论，并提出了三个新的量子经典算法的基态和激发态能量估计问题，其中每个新的算法提供了各种优点和缺点的量子计算机，门深度，经典的复杂性和稳定性的广义本征值问题的Krylov子空间内的调用总数。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Characterizing phase transitions and criticality in non-Hermitian extensions of the XY model
本文研究了磁场中自旋1/2 XY链的非厄米扩展，通过自由费米子映射和精确对角化方法分析了能谱、拓扑不变量与相变临界行为，发现非厄米性可诱导出新普适类。
2025-06-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Ground and excited-state energies with analytic errors and short time evolution on a quantum computer
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究精确求解薛定谔方程的挑战，提出基于自相关函数的方法及严格近似框架，用于量子计算中分子系统能量估计。通过结合光谱方法与量子子程序定义QPD算法，能在海森堡极限下高精度同时估计基态和激发态能量，且方法稳健。
2026-07-14 math-ph math.MP physics.chem-ph
