Complete Characterization of the Ground Space Structure of Two-Body Frustration-Free Hamiltonians for Qubits
已知在量子比特之间仅携带两体相互作用的无阻挫哈密顿量的基态的寻找问题在多项式时间内是可解的。最近还表明，对于任何这样的哈密顿量，总是有一个基态，是一个产品的单或两个量子比特状态。然而，目前还不清楚整个地面空间是否具有任何简洁的结构。在这里，我们给出了任何两体无挫挫哈密顿量的量子比特的基空间的完整特征。也就是说，它是相同树结构的树张量网络状态的跨度。这个特征使我们能够表明，确定基态简并度的问题与它的经典类似物一样难，但并不比它难。
2010-10-12 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
Long Range Interactions in Quantum Many Body Problem in One-Dimension:Ground State
研究了一类一维$N$ -体系统的基态性质，该系统被囚禁在一个多项式势中，除了在Calogero-Sutherland模型（CSM）中研究的平方反比势外，还具有长程二体相互作用.我们表明，对于这样的哈密顿量，基态能量是类似于自由费米子在一个谐波井的位移，取决于粒子的数量和深度的井。我们得到了基态波函数，并利用随机矩阵的结果，研究了粒子密度和对关联函数（PCF）。我们观察到粒子是成带排列的。由于长程相互作用的存在，PCF显示出偏离CSM。
2004-01-20 quant-ph
Manipulation of Spin Dynamics by Deep Reinforcement Learning Agent
我们实现了一个自旋为1的原子系统的强化学习代理，从给定的初始状态制备自旋压缩态。采用最近策略梯度（PPO）算法处理连续的外部控制场，并通过随机策略给出最终的优化协议。在平均场系统和两体量子系统中，RL代理都能找到最优策略。在多体量子系统中，给出了优于纯贪婪策略和优化绝热通道的策略。这些策略在相空间中具有很好的物理解释性，可以帮助我们理解量子动力学。事实上，RL在量子最优控制问题中可以非常通用。
2019-02-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Self-Correcting Quantum Many-Body Control using Reinforcement Learning with Tensor Networks
针对量子多体系统经典模拟难、最优控制协议设计难的问题，提出结合矩阵乘积态与强化学习的控制框架，可调控更大规模系统且具备泛化性与抗噪性，还映射为适配含噪声中等规模量子器件的混合算法并完成测试。
2023-05-11 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Resource estimate for quantum many-body ground-state preparation on a quantum computer
我们估计了在中等规模的量子计算机上制备量子多体系统的基态所需的资源。使用量子多体方法和分析上界的组合使这种估计成为可能。我们的程序也可以用于优化特定问题实例的某些设计参数。最后，我们提出了一种改进的量子态制备方法并进行了基准测试。我们发现，它减少了电路的T-深度的一个因素一样大的$10^6$为中等大小的晶格。
2021-05-10 quant-ph
Many-body ground state localization and coexistence of localized and extended states in an interacting quasiperiodic system
研究了无自旋费米子在无公度光晶格中的定域化问题，通过增加无公度势的强度，使无自旋费米子从扩展相转变为非能态多体定域相.我们发现在系统进入多体定域相之前存在一个定域和扩展多体态共存的中间区域，从而将系统分为三个不同的相，这三个相可以用多体本征态的归一化参与率和相应的单粒子密度矩阵的自然轨道分布来表征.这是非常不同的noninterating极限，其中所有的本征态进行离域-本地化transtion时，无公度势的强度超过一个临界值。
2015-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Many-body $k$-local ground states as probes for unitary quantum metrology
Universiteit Leiden（莱顿大学）；aQa L Applied Quantum Algorithms Leiden（aQa L 应用量子算法莱顿）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
研究k-局部基态在量子计量中的性能，发现其具有海森堡缩放，并揭示了制备难度与量子 Fisher 信息的权衡关系。
2025-12-02 quant-ph
Reinforcement Learning for Many-Body Ground-State Preparation Inspired by Counterdiabatic Driving
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；St. Kliment Ohridski University of Sofia（圣基里尔·奥赫里德斯基索菲亚大学）
量子交替算子（QAOA）是变分量子算法的一个突出例子。我们提出了一个广义QAOA称为CD-QAOA，这是受反绝热驱动程序的启发，设计用于量子多体系统和优化使用强化学习（RL）的方法。由此产生的混合控制算法被证明是通用的制备基态的量子混沌多体自旋链通过最小化的能量。我们表明，使用条款发生在绝热规范位作为发电机的额外的控制酉，它是可能的，以实现快速高保真多体控制远离绝热制度。虽然每个酉保持传统的QAOA固有的连续控制的自由度，如持续时间，我们认为多个可用酉出现在控制序列中的顺序作为一个额外的离散优化问题。赋予策略梯度算法自回归深度学习架构来捕获因果关系，我们训练RL代理来构建酉的最佳序列。该算法没有访问量子态，我们发现，在小系统上学习的协议可以推广到更大的系统。通过扫描一系列的协议持续时间，我们提出了一个有限的量子速度限制在不可积的混合场自旋1/2伊辛和Lipkin-Meshkov-Glick模型的数值证据，并为适合准备基态的自旋1海森堡链在远程和拓扑有序的参数制度。这项工作为将深度学习最近的成功用于量子多体控制铺平了道路。
2021-10-03 cond-mat.quant-gas cs.LG physics.comp-ph
Entanglement, correlations, and the energy gap in many-body quantum systems
在多体哈密顿量的基态中存在什么关联？我们研究了基态关联，特别是纠缠，与基态和第一激发态之间的能隙之间的关系。我们证明了几个一般的不等式，定量地表明，不直接耦合的哈密顿系统之间的基态相关性必然意味着一个小的能隙。
2003-08-14 quant-ph
Reinforcement Learning Assisted Quantum Simulation of Many-Body Excited States and Real-Time Dynamics
School of Optical Information and Energy Engineering, Wuhan Institute of Technology（武汉工程大学光电信息与能源工程学院）；Zhejiang Laboratory（浙江实验室）；IQM Quantum Computers（IQM量子计算机）
本文提出了一种基于强化学习的量子模拟方法，用于计算多费米子系统的激发态和实时量子动力学，通过自适应选择二体算子提高模型的紧凑性和鲁棒性，并展示了该方法在化学系统中的高精度表现。
2026-05-18 physics.chem-ph quant-ph
Gapped Two-body Hamiltonian whose Unique Ground State is Universal for One-way Quantum Computation
在凝聚态物理中研究的多体纠缠量子态可以作为量子信息的主要资源，允许任何量子计算仅使用对该态的测量来实现。这样一个普适态将是非常有价值的，只要它在物理上是稳定的，并且在实验上是可以实现的，因为它是由两体最近邻相互作用组成的物理上合理的哈密顿量的唯一基态。我们介绍了这样一种状态，六态粒子组成的六角晶格，并描述了一个一般的方法来分析其性质的基础上，其投影纠缠对状态表示。
2008-12-21 quant-ph
Experimental Performance of a Quantum Simulator: Optimizing Adiabatic Evolution and Identifying Many-Body Ground States
我们利用局域绝热演化方法，实验上建立并确定了一个具有14个自旋的全连通伊辛模型的基态自旋序。局部绝热演化-其中系统演化速率是瞬时能隙的函数-被发现与其他绝热方法相比最大化基态概率，同时只需要$2^N$哈密顿本征值的最低$\sim N$的知识。我们还表明，基态顺序可以被实验确定为所有可能的自旋配置的最可能的，即使当演化是高度非绝热的。
2013-05-10 quant-ph
Exact ground states of quantum many-body systems under confinement
利用对均匀量子多体系统基态的认识，可以精确地求出具有限制势的对偶非均匀系统的基态。对于自由空间中具有Bijl-Jastrow形式的基态的完整的亲哈密顿量族，对偶系统被证明包括一个单体调和势和两体长程相互作用。本文还介绍了Nosanov-Jastrow波函数对非谐势和量子固体的推广。我们应用这个精确的映射来构建囚禁系统的自由空间的解决方案与各种对关联函数和粒子间的相互作用的本征态。
2020-05-08 cond-mat.quant-gas math-ph math.MP
Characterizing ground and thermal states of few-body Hamiltonians
一个给定的量子态是少体哈密顿量的基态还是热态的问题可以用来表征状态的复杂性，并且对于可能的实验实现是重要的。我们提供的方法来表征所产生的状态的两个，更一般地说，k-体哈密顿以及这些集的凸包。这导致了新的见解的问题，国家是唯一确定的边缘和概括的概念纠缠。最后，推导出量子模拟的验证方法。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Benchmarking Variational Quantum Eigensolvers for Entanglement Detection in Many-Body Hamiltonian Ground States
本文使用变分量子特征求解器（VQEs）对由Heisenberg哈密顿量描述的多体系统进行纠缠检测基准测试，发现受哈密顿量相互作用启发的参数化量子电路在代价函数估计上优于问题无关电路。
2024-07-29 quant-ph
Preparing ground states of quantum many-body systems on a quantum computer
制备相互作用经典粒子系统的基态是一个NP难问题。因此，一般来说，没有更好的算法来解决这个问题，而不是穷尽地通过系统的所有N个配置来确定具有最低能量的一个，需要与N成比例的运行时间。量子计算机，如果可以建造的话，可以在时间sqrt（N）内解决这个问题。在这里，我们提出了一个强有力的扩展，这一结果的情况下，相互作用的量子粒子，证明了量子计算机可以准备的基态的量子系统，因为它的经典系统一样有效。
2008-09-16 quant-ph
Quantum simulation of a system with competing two- and three-body interactions
量子相变发生在零温度下，当一个哈密顿量的基态经历一个控制参数的函数的定性变化。我们考虑一个特别有趣的系统与竞争的一个，两个和三体相互作用。根据这些相互作用的相对强度，系统的基态可以是一个产物态，也可以表现出真正的三重纠缠。我们在核磁共振量子模拟器中模拟了这样一个系统，并观察了不同的基态。通过改变一个耦合常数的强度，我们将系统从一个基态推到一个性质不同的基态。我们表明，这些基态可以区分和观察到的自旋或合适的纠缠证人的期望值之间的相关性，它们之间的转换。
2010-03-05 quant-ph
Detecting ground-state degeneracy in many-body systems through qubit decoherence
通过与一个量子比特的耦合，我们证明了量子比特退相干可以明确地检测到多体系统中基态简并的发生。我们首先证明了普遍性使用两个波段模型。因此，几个例证，集中在一个，两个和三个维度的拓扑凝聚态系统，提出验证我们的建议。关键在于，当能带在费米表面相互接触时，量子比特的退相干会发生显著变化。此外，它还能部分反映带内的简并性。这一特征意味着量子比特退相干可以用于可靠的诊断基态简并。
2016-12-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stabilizer ground states for simulating quantum many-body physics: theory, algorithms, and applications
该研究将稳定子态应用于量子多体基态问题，提出稳定子基态概念，建立等价形式并开发线性扩展算法，数值验证了其可扩展性与效率，为理解和开发先进算法奠定基础。
2025-06-18 quant-ph
Exact Ground State of Several N-body Problems With an N-body Potential
我考虑几个N体问题，其中确切的（玻色子）基态和一类激发态是已知的情况下，N体也通过谐振子势相互作用。我表明，对于所有这些问题的确切（玻色子）基态和一类激发态也可以得到的情况下，他们通过N体的形式$-e^2/\sqrt{\sumr^2_i}$（或$-e^2/\sqrt{\sum_{i<j} (r_i - r_j)^2}$）的潜力相互作用。基于这些和以前已知的例子，我猜想，每当一个N体问题是可解的情况下，N体是通过振荡器的潜力相互作用，同样的问题也是可解的情况下，他们是通过N体的潜力相互作用。基于几个例子，我还推测，在任何一种情况下，人们总是可以添加一个N体势的形式$β^2/{\sum_{i} r_i^2}$和问题仍然是可解的，除了在束缚态谱的简并现在大大减少。
1997-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech hep-th
Graph states as ground states of two-body frustration-free Hamiltonians
基于测量的量子计算（MBQC）框架允许我们将局域哈密顿量的基态看作是普适量子计算的潜在资源。这个领域的一个中心目标是找到具有基态的模型，这些模型对于MBQC是通用的，并且在它们只涉及两体相互作用并且具有小的局部希尔伯特空间维度的意义上也是自然的。图状态是MBQC的原始资源状态，虽然不可能获得图状态作为两体哈密顿量的精确基态，但在这里，我们构建了两体无阻挫哈密顿量，其具有任意好的图状态近似作为唯一的基态。该构造涉及采用具有可转换为具有随机局部操作的图形状态的基态的两体无挫折模型，然后使模型变形，使得其基态接近图形状态。每个图形状态量子比特驻留在更高维粒子的子空间中。这种变形可以应用于两体无阻挫的Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki（AKLT）模型，产生可以用基态的精确张量网络表达式精确求解的哈密顿量。对于星形晶格AKLT模型，其基态不被期望是MBQC的通用资源，应用这样的变形似乎增强了基态的计算能力，将其提升为MBQC的通用资源。当哈密顿量以这种方式变形时，可以观察到计算能力的转变，类似于渗流相变。提高基态的保真度是以缩小能隙为代价的。虽然分析证明这些类型的模型的间隙属性是困难的，在一般情况下，我们提供了一个详细的分析的变形的自旋-1 AKLT状态的线性图形状态。
2014-07-10 cond-mat.str-el quant-ph
Many-body spin interactions and the ground state of a dense Rydberg lattice gas
我们研究了一维原子格子气，其中里德伯原子被激光激发，其外部动力学被冻结。我们确定了一个参数制度，其中的哈密顿量是很好的近似自旋哈密顿量与准本地多体相互作用，它拥有一个精确的解析基态的解决方案。这个状态是系统所有状态的叠加，这些状态与由逸度加权的相互作用引起的约束相容。我们进行了详细的分析，这种状态表现出一个短范围的相关性和晶体的顺磁相之间的交叉。这项研究还导致我们的一类自旋模型与多体相互作用，允许解析基态的解决方案。
2011-01-23 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Measurement-based quantum computer in the gapped ground state of a two-body Hamiltonian
我们提出了一个基于地面码测量的量子计算机方案，它具有两个主要优点。首先，每个逻辑量子比特被编码在具有最近邻两体相互作用的自旋为1的链的带隙简并基态子空间中，使得它具有对噪声的内置鲁棒性。第二，通过沿着按需动态耦合的多个链的单自旋测量来处理计算，以便在关闭与要测量的自旋的相互作用之后保持仅将逻辑信息传送到剩余链的间隙保护的基态。我们描述了在光晶格中使用被捕获的原子或极性分子的实现方式，其中期望间隙分别大到0.2 kHz或4.8 kHz。
2008-07-10 cond-mat.other quant-ph
Thermodynamics at zero temperature: inequalities for the ground state of a quantum many-body system
证明了零温下单组分多体系统的相互作用能、压强和体积不等式$E_{\rm int} \leq\, P\,V$成立，其中$E_{\rm int}$、$P$和$V$分别为相互作用能、压强和体积.在相当一般的假设下，利用不同粒子数系统的基态能量的Anderson型联系，证明了这个不等式。我们还考虑了在系统中加入杂质粒子的情况，导出了杂质的化学势和两个杂质的束缚态的结合能的不等式。
2021-07-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Bounding the ground-state energy of a many-body system with the differential method
本文提出了用微分法估算多体系统基态能量的一种新的有效方法。的情况下，任意数量的有吸引力的库仑粒子进行了具体研究，我们做了一些有利的比较的差分方法依赖于变分原理现有的方法。更一般的相互作用的治疗鸟瞰图也给出了。
2005-10-28 math-ph math.MP nucl-th
Ground state of many-body lattice systems: an analytical probabilistic approach
根据费曼-卡茨-型公式的哈密顿晶格系统，我们推导出解析表达式的矩阵元素的演化算子。当中心极限定理适用时，这些表达式在长时间内是有效的。结果表明，通过求解一个简单的标量方程，可以半解析地确定基态能量和基态中的所有关联函数。此外，在无相互作用的情况下，得到了该方程的显式解。
2004-11-16 cond-mat.other hep-lat math-ph
A many-body Fredholm index for ground state spaces and Abelian anyons
我们提出了一个多体指数，扩展Fredholm指数理论的多体系统。该指数被定义为任何电荷守恒系统的拓扑有序$p$维基态部门。指数是分数，分母由$p$给出。特别是，这产生了一个新的简短的证明量子化的霍尔电导和李伯-舒尔茨-马蒂斯定理。在指数是非整数的情况下，该参数提供了一个显式构造的威尔逊圈运营商展示了一个非平凡的辫子，可以用来创建分数带电阿贝尔任意子。
2022-03-31 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Probabilistic low-rank factorization accelerates tensor network simulations of critical quantum many-body ground states
我们提供的证据表明，随机低秩因式分解是一个强大的工具，通过张量网络技术的低维晶格哈密顿量的基态属性的确定。特别是，我们表明，随机矩阵分解优于截断奇异值分解的基础上，国家的最先进的确定性例程在TEBD和DMRG风格的模拟，即使当所研究的系统接近一个相变：我们报告的债券或局部尺寸的线性加速，高达24倍，在准二维圆柱形系统。
2017-10-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Local reversibility and entanglement structure of many-body ground states
量子多体系统的低温物理在很大程度上受其基态结构的控制。基态使局域相互作用的能量最小化，通常反映强的局域性，例如纠缠熵的面积定律和空间分离的可观测量之间的相关性的指数衰减。在这封信中，我们提出了一个新的表征局域性的量子态，我们称之为“本地可逆性”。它描述了扭转一般扰动对状态的作用所需的操作类型。证明了带隙局域哈密顿量的唯一基态是局域可逆的。这样，我们确定了新的多体基态的基本特征，这不能从上述属性。我们使用局部可逆性来区分享受微观和宏观量子现象的状态。为了证明我们的方法的潜力，我们证明了特定的属性的基态，这是相关的临界和非临界理论。
2017-01-16 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Jastrow-like ground states for quantum many-body potentials with near-neighbors interactions
我们完全解决了将所有具有最近邻和次最近邻相互作用的一维量子势分类的问题，其基态是Jastrow型的，即，Jastrow类型，但仅取决于连续粒子的差异。特别是，我们表明，这些模型必须包含一个三体相互作用项，是与所有以前已知的例子的情况下。我们讨论了几个特殊的情况下，一般的解决方案，包括一个新的双曲潜在的椭圆相互作用的模型，减少到已知的合理和三角在适当的限制。
2017-09-29 math-ph math.MP nlin.SI
N Fermion Ground State of Calogero-Sutherland Type Models in Two and Higher Dimensions
在$N$粒子通过长程二体和三体相互作用以及进一步通过谐振子势相互作用的情况下，得到了$N$ -费米子在$D$ -维$(D \geq 2)$中的精确基态.在用$N$ -体类库仑相互作用代替振子势的情况下，得到了$N$ -费米子基态。
1998-04-20 cond-mat hep-th nlin.SI
Multi-body wave function of ground and low-lying excited states using unornamented deep neural networks
本文提出结合深度神经网络与无监督机器学习的方法，计算多体系统基态及低激发态的波函数和能量，并给出玻色子对称化与费米子反对称化的简洁处理。
2023-12-06 cond-mat.other hep-th nucl-th
