Learning Trotter Orderings for Heisenberg Hamiltonians with a Ranking Transformer
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文提出一种物理感知的排序Transformer，直接为海森堡哈密顿量学习Trotter排序，无需候选枚举或模拟，在多种几何形状上泛化至更大系统，并达到接近模拟退火参考的保真度。
2026-09-29 quant-ph
Exploiting symmetries in nuclear Hamiltonians for ground state preparation
本文聚焦Lipkin和Agassi核模型，研究如何利用问题对称性设计受问题启发的拟设和初始化策略以改进VQE基态制备，并探讨了受量子启发的经典方法在核物理基态学习中的潜力。
2024-02-15 nucl-th quant-ph
Compressed quantum metrology for the Ising Hamiltonian
我们展示了如何量子精密测量协议，寻求估计参数的哈密顿量，表现出量子相变可以有效地模拟指数较小的量子计算机。具体地说，通过利用这样的哈密顿量的基态急剧变化的事实，其相变点附近，我们构建了一个合适的可观测量，从它可以估计的相关参数的哈密顿量与海森堡标度精度。然后，我们展示了如何，对于具有作用于N个自旋的横向磁场的一维伊辛哈密顿量，这样的计量协议可以在指数较小的量子计算机上有效地模拟，同时保持相同的海森堡缩放，即，O（1/N^2）精度，并推导出实现仿真的显式电路。
2016-08-08 quant-ph
How long can a quantum memory withstand depolarizing noise?
我们调查的可能性和局限性的被动哈密顿保护的量子存储器对去极化噪声。在没有保护的情况下，单个量子位的寿命与N无关，N是组成存储器的量子位的数量。在存在保护哈密顿量的情况下，寿命最多随N的增加而增加。我们构建了一个明确的时间无关的哈密顿饱和这个界限，利用噪声本身来实现保护。
2009-09-21 quant-ph
Multiparameter estimation of continuous-time Quantum Walk Hamiltonians through Machine Learning
本文利用深度神经网络，基于实验概率对连续时间量子行走的哈密顿参数进行多参数估计，并证明其性能接近估计理论的最优界。
2022-11-10 quant-ph
Feedback Control Using Only Quantum Back-Action
反馈控制的传统方法是通过修改哈密顿量来对系统施加力。在这里，我们表明，量子系统可以控制没有任何哈密顿反馈，纯粹是利用随机量子反作用的连续弱测量。我们证明了，非常值得注意的是，这种自适应测量的量子反作用在控制量子系统方面与传统反馈一样有效。
2009-04-24 quant-ph
Squeezed States of Coupled Photons and Phonons in Nanoscale Waveguides
我们研究了在纳米波导中利用受激布里渊散射产生光子-声子纠缠态。从多模光子-声子相互作用哈密顿量出发，在有泵浦场存在的情况下，得到了表征光子-声子对产生和湮灭的压缩型哈密顿量。哈密顿量的Bogoliubov本征态是传播光子和声子的相干混合，在集体求积算符的不确定性中表现出压缩特性。光子分量的测量可以提供所需的单个声子的可控源。
2019-04-05 quant-ph
A loop Quantum Approximate Optimization Algorithm with Hamiltonian updating
设计抗噪量子算法是在有噪中尺度量子器件上实现实际应用的必要条件。在这里，我们提出了一个量子近似优化算法~（QAOA）与一个非常浅的电路，称为循环QAOA，以避免在中间深度的噪声问题，同时仍然可以利用量子计算的力量。关键是使用浅电路QAOA的输出作为偏置来更新将解编码为基态的问题哈密顿量。通过在问题哈密顿量的更新和参数化量子线路的优化之间循环迭代，循环QAOA可以逐渐将问题哈密顿量转换为易于求解的问题哈密顿量。我们证明了循环QAOA的最大割问题和无噪声。与传统的QAOA相比，其性能会由于噪声而下降，环路QAOA的性能仍然可以随着环路数量的增加而变得更好。利用浅电路的输出作为偏置的见解可以应用于其他量子算法。
2021-09-24 quant-ph
Linear-optical simulation of the cooling of a cluster-state Hamiltonian system
基于测量的量子计算机可以由局部带隙的哈密顿系统组成，其热态-在足够低的温度下-是计算的通用资源。冷却计算机相当于冷却系统。我们用纠缠光子对这种冷却过程进行了实验量子模拟。我们准备三个量子位的热团簇状态利用这些状态的本地退相和热化之间的等价性。这使我们能够通过改变失相强度来调整系统的温度。我们监测系统冷却时的纠缠，观察从可分离到束缚纠缠，再到自由纠缠的转变。我们还分析了基于测量的单量子比特态制备系统的性能。这些研究构成了不完美条件下实验团簇状态计算的基本特征。
2014-03-26 quant-ph
Experimental simulation of the Parity-Time-symmetric dynamics using photonics qubits
宇称-时间（PT）对称性的概念起源于量子力学的框架，如果哈密顿算符与宇称和时间算符满足对易关系，则PT对称性表现出全部实本征能谱。最近，PT对称性被引入到光学、电子电路、声学等许多经典领域，以进一步研究哈密顿量的动力学和系统的能量。针对量子态在PT对称哈密顿量作用下的动力学演化问题，利用单光子系统实验研究了PT对称哈密顿量作用下二能级系统的一般动力学演化.通过使用辅助量子比特来扩大系统并在具有后选择的非厄米哈密顿量下对子系统进行编码，当仅考虑成功的宇称时间对称演化子空间时，可以高保真地观察到状态的演化。由于伸缩方法的有效操作，我们的工作为进一步利用PT对称哈密顿量的奇异性质进行量子模拟和量子信息处理提供了一条途径.
2020-04-19 quant-ph
Optimal and Robust In-situ Quantum Hamiltonian Learning through Parallelization
提出首个同时达到克拉美-罗最优精度且对噪声鲁棒的哈密顿量学习算法，利用设备结构将全连接哈密顿量的实验成本二次降低，并在里德伯原子模拟器上验证。\n
2025-10-09 quant-ph
Mitigating algorithmic errors in Hamiltonian simulation
量子计算机可以有效地模拟多体系统。作为一种广泛使用的哈密顿模拟工具，Trotter-Suzuki方案将演化分解为Trotter步骤的数目$N$，并且通过总哈密顿量的每个单独项的指数的乘积来近似每个步骤的演化。通过增加$N$可以减少由于近似引起的算法误差，然而这需要更长的电路，因此不可避免地引入更多的物理误差。在这项工作中，我们首先研究这样的权衡和数值上找到最佳的特罗特步骤数$N_{\textrm{opt}}$给定的物理误差模型在近期的量子硬件。实际上，物理错误可以抑制使用最近提出的错误缓解方法。然后，我们扩展物理误差缓解方法，以抑制算法的错误，在哈密顿模拟。通过利用具有不同数目的Trotter步骤$N\le N_{\textrm{opt}}$的仿真结果，我们可以在更高的精度内推断出精确的仿真结果，从而减少算法误差。我们用一个五量子比特系统对我们的方案进行了数值测试，并通过应用物理和算法误差缓解措施来显着提高模拟精度。
2018-08-10 quant-ph
Amplified Amplitude Estimation: Exploiting Prior Knowledge to Improve Estimates of Expectation Values
本文提出放大振幅估计方法，利用投影算子期望值的先验信息，将量子算子期望值估计的操作复杂度降至 O(1/√ε)，并用于降低量子化学势能面与能量积分估计成本。
2024-03-01 quant-ph
Quantum total detection probability from repeated measurements II. Exploiting symmetry
以固定频率$1/τ$重复探测图上的量子步行器，以状态$| ψ_{\rm in} \rangle$准备，例如最初定位在节点$r_{\rm in}$，以测试其在某个目标节点$r_{\rm d}$的存在，直到第一次成功检测。这是第一次穿越问题的量子版本。我们研究了总检测概率$P_{\rm det}$，即在任意数量的检测尝试之后最终检测到粒子的概率。它表明，这个总的检测概率小于统一的对称系统中，它是可能的，找到初始状态，从检测器屏蔽的相消干涉，所谓的暗态。物理上等效的初始状态的识别产生$P_{\rm det}$的上界的物理上等效的状态的数量$ν$的倒数。系统的对称操作的相关子组被发现是检测状态的稳定器。利用这一点，我们证明，所有明亮的，即肯定可检测的，国家是对称的稳定。这意味着$P_{\rm det}$可以从"对称化"哈密顿量的对角化中获得，而不必找到哈密顿量的所有本征态。
2019-09-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hamiltonian Simulation by Uniform Spectral Amplification
量子计算机上的哈密顿模拟所承诺的指数加速，关键取决于哈密顿量$\hat{H}$和对其描述进行编码的量子电路$\hat{U}$的结构。在寻求更好地近似时间演化$e^{-i\hat{H}t}$与错误$ε$，我们激励一个系统的方法来理解和利用结构，在设置中，哈密顿编码为测量运营商的酉电路$\hat{U}$的广义测量。这使我们能够定义一个\emph{uniform spectral amplification}问题，在这个框架上扩展频谱的编码哈密顿指数小失真。我们提出了一般的解决方案，以统一的频谱放大的层次结构，其中分解成$n=1,2,3$单一的神谕$\hat{U}$代表越来越多的结构知识的编码。结合结构知识的哈密尔顿算子，专门化这些结果使我们能够模拟时间演化的$d$ -稀疏哈密尔顿算子使用$\mathcal{O}\left(t(d \|\hat H\|_{\text{max}}\|\hat H\|_{1})^{1/2}\log{(t\|\hat{H}\|/ε)}\right)$查询，其中$\|\hat H\|\le \|\hat H\|_1\le d\|\hat H\|_{\text{max}}$。直到对数因子，这是对使用$\mathcal{O}\left(td\|\hat H\|_{\text{max}}+\frac{\log{(1/ε)}}{\log\log{(1/ε)}}\righ…
2017-07-17 quant-ph
Symplectic perspective to quantum computing for Hamiltonian systems
ColibriTD；School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens（雅典国立技术大学电气与计算机工程学院）；GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所/GoLP）；Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Department of Physics, William & Mary（威廉玛丽大学物理系）
本文提出一种辛框架用于量子计算，通过几何兼容性将量子演化与辛相空间动力学联系起来，实现高效量子模拟和并行演算，同时为非积分系统提供近辛变换以实现压缩存储和加速计算。
2026-04-26 quant-ph
Robustness of exceptional-point-based sensors against parametric noise: The role of Hamiltonian and Liouvillian degeneracies
最近的实验已经证明了利用开放量子和波系统中的光谱奇异性的可行性，即所谓的例外点，用于具有强烈增强灵敏度的传感器。在这里，我们从理论上研究了经典参数噪声对此类传感器性能的影响。在一个Lindblad型形式主义的随机哈密顿，我们讨论的分解频率分裂和传感器的动态稳定性，并表明这些属性是相互关联的。最重要的是不同的特点例外点的频谱的哈密尔顿和相应的Liouvillian。两个现实的例子，宇称时间对称的二聚体和回音壁微腔与不对称的背散射，说明了调查结果。
2020-05-20 physics.optics quant-ph
Observation of parity-time symmetry breaking in a single spin system
量子力学的一个基本公理要求哈密顿算符是厄米算符，这保证了实本征能量和概率守恒。然而，一类具有宇称-时间（$\mathcal{PT}$）对称性的非厄米哈密顿量仍然可以显示完全真实的谱。厄米性要求可以用$\mathcal{PT}$对称性来代替，以发展量子力学的替代公式。一系列的实验已经进行了经典系统，包括光学，电子学，微波，力学和声学。然而，在量子系统中研究$\mathcal{PT}$对称性物理的实验还很少，本文报道了在单自旋系统中首次观察到的$\mathcal{PT}$对称性破缺。提出了一种将一般$\mathcal{PT}$对称哈密顿量扩张为厄米对称哈密顿量的新方法，并在实际量子系统中实现了这种方法，然后在金刚石中单氮空位（NV）中心下，实验观察到了$\mathcal{PT}$对称哈密顿量从$\mathcal{PT}$对称完整区到对称破碎区的状态演化.由于伸缩方法的普适性，我们的结果为进一步探索和理解量子系统中$\mathcal{PT}$对称哈密顿量的物理性质打开了一扇大门.
2018-12-13 quant-ph
An algorithm for solving unconstrained unitary quantum brachistochrone problems
我们引入了一种迭代方法来搜索时间最优的哈密顿算子，该哈密顿算子驱动两个任意的，并且通常是混合的量子态之间的量子系统。该方法是基于逐步提高效率的初始，随机选择，哈密尔顿算子，通过减少其组件，不积极推动系统的想法。我们表明，我们的方法收敛迅速，即使是大尺寸的系统，其解决方案饱和的任何可达到的最小时间的演变。我们通过利用系统沿路径获得的几何相位与生成它的汉密尔顿之间的同构，提供了迭代方法的严格几何解释，并讨论了由此产生的与Grover量子搜索算法的相似之处。我们的方法是直接适用的状态准备和门设计问题的一个强大的工具。
2019-06-07 quant-ph
Choco-Q: Commute Hamiltonian-based QAOA for Constrained Binary Optimization
本文提出用于约束二元优化的通用框架Choco-Q，通过嵌入交换哈密顿量处理任意线性约束，并结合序列化、分解与变量消除技术降低电路复杂度，相比现有QAOA实现了超235倍的算法改进和4.69倍的端到端加速。
2025-03-31 quant-ph
Efficient Lattice Hamiltonian Encoding for the Shortest Vector Problem
Imperial College London（帝国理工学院）；Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy, Tel-Aviv University（特拉维夫大学雷蒙德和贝弗利萨克勒物理与天文学学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）
本文提出一种高效编码结构格的量子算法框架，利用格的对称性将格转换为哈密顿量，从而减少量子资源需求，提升最短向量问题求解效率。
2026-09-15 quant-ph
Quantum Hamiltonian daemons: unitary analogs of combustion engines
哈密顿守护进程最近被经典地定义为小的封闭哈密顿系统，其可以表现出从高频到低频自由度的长期能量转移（稳定下转换），类似于内燃机中从分子激发的高太赫兹频率到活塞运动的低千赫兹频率的能量稳定转移。经典的守护进程通过利用非线性共振在一个小的封闭系统内实现下变频;绝热定理允许它们的操作，但对它们的效率施加了非平凡的限制。在这里，我们研究一个量子力学守护进程的简单例子。在对应机制中，它服从与经典机制类似的效率极限，但在强量子力学机制中，守护进程以完全不同的方式运行。它以一种独特的量子力学形式保持着一种类似发动机的行为：通过一系列动量的量子跳跃，以稳定的平均速率举起重物，每一次跳跃都消耗一个量子的燃料。量子守护进程可以通过非绝热朗道-齐纳跃迁在任何时候停止下转换，并且量子守护进程的继续操作与快速和慢速自由度之间的稳定增长的纠缠相关联。
2017-06-14 quant-ph
Exploiting many-body localization for scalable variational quantum simulation
The University of Hong Kong（香港大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
利用许多体局域化实现可扩展的变分量子模拟，通过初始化硬件高效的Floquet结构ansatz在MBL相中缓解 barren plateaus，提高算法训练性。
2026-02-25 quant-ph
On the parametric approximation in quantum optics
我们执行精确的数值对角化的哈密顿描述退化和非退化参量放大器，利用有关每个设备的守恒定律。我们澄清的条件下，参数近似成立，表明最相关的要求是泵的相互作用后的连贯性，而不是其undepletion。
1999-02-03 quant-ph
Experimental Implementation of Generalized Transitionless Quantum Driving
众所周知，通常需要高强度场来通过无相变量子驱动（TQD）实现绝热性的捷径。在这里，我们表明可以通过利用广义TQD的规范自由度来放宽这一要求，该规范自由度在模拟绝热演化时用任意相位表示。我们实验研究了广义TQD的性能与传统的TQD和绝热动力学的比较。利用$^{171}$ Yb $^+$囚禁离子超精细量子比特，我们实现了Landau-Zener绝热哈密顿量及其（传统的和广义的）TQD对应物.我们表明，广义理论提供了最佳可实现的哈密顿TQD，不需要额外的字段。此外，能量最优TQD哈密顿的Landau-Zener模型下的失相。值得注意的是，即使使用较低强度的字段，最佳TQD表现出更强大的对散肩环境的性能优于绝热动力学提供的性能。
2018-07-23 quant-ph
Exploiting Symmetry Reduces the Cost of Training QAOA
量子近似优化算法（QAOA）的一个很有前途的实际应用途径是在模拟中经典地找到QAOA参数，并在量子计算机上对具有优化参数的QAOA的解进行采样。这样做需要在模拟中重复评估QAOA能量。我们提出了一种新的方法来加速QAOA能源的评估，利用对称性的问题。我们展示了目标函数的经典对称性与成本哈密顿量关于QAOA能量的对称性之间的联系。我们展示了如何只考虑不连接对称的条款，我们可以显着降低成本的QAOA能源评估。我们的方法是一般的，适用于任何已知的对称子群，并不限于图形问题。我们的结果直接适用于非局部QAOA推广RQAOA。我们概述了如何利用可用的快速图自同构求解器来计算实际问题的对称性。我们使用最先进的张量网络模拟器和图自同构求解器在具有多达10，000个节点的48个图的基准上实现MaxCut问题的所提出的方法。我们的方法提供了一个改进的$p=1$上的$71.7\%$的图形考虑，与$4.06$的中位数加速，在一个基准，其中$62.5\%$的图形是已知的自同构求解器是困难的。
2021-03-10 quant-ph
Spectral Gap Optimization for Enhanced Adiabatic State Preparation
针对绝热量子态制备受路径最小谱隙限制的问题，本研究利用母哈密顿量构造自由度最大化谱隙，提出高效制备张量网络态的绝热量子算法，适用于单射与非单射张量，经多种典型量子态实例验证有效。
2024-09-23 quant-ph
A dynamical implementation of canonical second quantization on a quantum computer
针对粒子数可变的二次量子化问题，提出在独立寄存器中动力学实现产生与湮灭算符的理论框架，并给出对易关系、对称化算符及多体 Hamiltonian 幺正演化公式。
2024-06-11 hep-th nucl-th quant-ph
A regular Hamiltonian halting ratchet for matter wave transport
本文设计并利用一维光学晶格中的玻色–爱因斯坦凝聚体，首次实验观测到基于周期性静止可积轨迹的正则哈密顿棘轮线性非扩散物质波输运，并分析有效普朗克常数与量子最优控制的作用。
2023-09-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum state transfer using 1D Heisenberg Hamiltonian on quasi-1D lattices
该研究提出准一维晶格上的量子态传输协议，通过将准一维Heisenberg模型映射为等效一维XXZ模型，结合编解码与一维哈密顿量演化实现传输，性能优于全准一维哈密顿量方案。
2023-06-14 quant-ph
Hamiltonian simulation with nearly optimal dependence on spectral norm
我们提出了一个量子算法近似的实时演化$e^{-iHt}$的任意$d$ -稀疏哈密顿错误$ε$，给定黑盒访问的位置和$b$ -位值的非零矩阵条目。我们的算法的复杂性是$\mathcal{O}((t\sqrt{d}\|H\|_{1 \rightarrow 2})^{1+o(1)}/ε^{o(1)})$查询和一个因素$\mathcal{O}(b)$更多的门，这是最佳的子多项式因素，通过匹配查询下界。这提供了一个多项式的稀疏性加速的常见情况下，频谱范数$\|H\|\ge\|H\|_{1 \rightarrow 2}$是已知的，并概括了以前的方法，实现最佳的缩放，但相对于更多的限制性参数。通过利用谱范数的知识，我们的算法解决了黑盒酉实现问题- $\mathcal{O}(d^{1/2+o(1)})$查询足以近似黑盒设置中的任何$d$ -稀疏酉，这匹配$Ω(\sqrt{d})$查询的量子搜索下限，并改进了$\tilde{\mathcal{O}}(d^{2/3})$查询的现有技术[Berry and Childs，QIP 2010]。结合已知的技术，我们还解决了系统的稀疏线性方程组的条件数$κ$使用$\mathcal{O}((κ\sqrt{d})^{1+o(1)}/ε^{o(1)})$查询，这是一个二次改进稀疏。
2018-07-11 quant-ph
Hamiltonian Simulation Algorithms for Near-Term Quantum Hardware
量子线路模型是设计量子算法的实际方法。然而，任何远离底层硬件的抽象级别都会产生开销。在资源严重受限的短期、嘈杂、中等规模量子（NISQ）硬件时代，这种开销可能是不合理的。在这项工作中，我们开发了量子算法的哈密顿模拟“一级以下”的电路模型，利用基本控制量子位相互作用的原则上在大多数量子硬件实现。然后，我们分析了这些技术的影响下，每个门发生错误的标准误差模型，和一个错误模型，每单位时间的恒定错误率。为了量化这种方法的好处，我们将其应用到一个典型的例子：二维自旋费米-哈伯德模型的时间动力学模拟。我们推导出分析电路的身份有效地合成多量子比特的演变从两个量子比特的相互作用。结合新的误差界特罗特产品公式量身定制的非渐近制度和仔细分析的误差传播下，上述每门和每时间的误差模型，我们改进了以前的最佳方法的多个数量级的哈密顿模拟。通过我们的计算，对于一个5 $\mathbf\times$ 5 Fermi-Hubbard晶格，我们在每门误差模型中将电路深度从800、160减小到1460，或者在每时间误差模型中将电路深度等效为440。这使得哈密顿模拟，以前超出了目前的硬件为非平凡的例子，显着接近可行的NISQ时代。
2021-08-26 quant-ph
Spin Chain Quantum Communication on a Trapped-Ion Processor
Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文系）
研究远距离量子比特高效通信问题，利用囚禁离子量子处理器数字模拟自旋哈密顿量实现工程化量子通信协议，结合模拟与实验提升量子态转移保真度，实现并行Trotter分解，推动基于哈密顿量的量子通信走向实用。
2026-07-15 quant-ph
Isospectral twirling and quantum chaos
我们发现，最重要的措施，量子混沌一样的框架潜力，扰码，Loscherkman回声，和时间顺序的调制器（OTOC）可以描述的统一框架的等谱旋转，即哈尔平均的$k$倍酉信道。我们表明，这样的措施，然后可以总是投在期望值的形式的等谱旋转。在文献中，量子混沌有时通过谱来研究，有时通过产生动力学的哈密顿量的本征向量来研究。我们表明，通过利用随机矩阵理论，这些措施的量子混沌清楚地区分有限的时间配置文件的探针量子混沌对应的混沌谱给出的高斯酉Entrance（GUE）从可积谱给出的泊松分布和高斯对角Entrance（GDE）。另一方面，我们表明，渐近值依赖于本征向量的哈密顿量。我们看到，具有本征向量稳定态的哈密顿量的等谱旋转不具有混沌特征，不像那些本征向量取自Haar测度的哈密顿量。作为一个例子，与通用资源相比，Clifford资源获得的OTOC衰减到更高的值。最后，我们展示了一类可积模型和量子混沌之间的OTOC行为的交叉。
2021-07-14 quant-ph
Quantum-Selected Configuration Interaction: classical diagonalization of Hamiltonians in subspaces selected by quantum computers
QunaSys Inc.（QunaSys公司）；Graduate School of Engineering Science, Osaka University（大阪大学工学研究科）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, Osaka University（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
本文提出量子选择组态交互算法，通过量子计算机选择子空间并经典对角化哈密顿量，实现多电子体系基态和激发态能量的计算，方法具有抗噪声和误差能力。
2023-02-22 quant-ph
Optimizing qubit resources for quantum chemistry simulations in second quantization on a quantum computer
量子计算机上的量子化学模拟遭受在量子比特的玻色子系统中编码费米子问题所需的开销。通过利用块对角的费米子哈密顿量，我们表明，所需的量子比特的数量可以减少两个或更多的因素。不需要进入希尔伯特空间的基来进行这种简化，因为所有的运算都可以在算子空间中进行。该方案被认为是一个预计算步骤，将在实际的量子模拟之前在经典计算机上执行。我们应用这个方案来减少模拟两个站点的费米-哈伯德模型和氢分子的哈密顿量所需的量子位数。然后，这两个量子系统都可以用双量子比特量子计算机来模拟。
2016-05-11 quant-ph
Fluid fermionic fragments for optimizing quantum measurements of electronic Hamiltonians in the variational quantum eigensolver
测量分子电子哈密顿量的期望值是变分量子本征求解器的挑战性部分之一。一个广泛使用的策略是使用费米子算子代数将哈密顿量表示为可测量片段的和。这样的片段具有保存分子对称性的优点，其可用于减少错误。获得哈密顿期望值所需的测量次数与片段方差之和成比例。在这里，我们介绍了一种新的方法，通过利用灵活性的片段的形式，降低片段的方差。由于占据数算符的幂等性，部分双电子碎片可以转化为单电子碎片，然后可以部分收集在纯单电子碎片中。这种重新划分不影响哈密顿算子的期望值，但对每个片段的方差有非零贡献。所提出的方法找到最佳的重新分区采用方差估计使用经典有效的代理的量子波函数。对几个分子的数值试验表明，单电子项的再分配使测量次数降低了一个数量级以上。
2022-12-29 physics.chem-ph quant-ph
Hamiltonian-learning quantum magnets with non-local impurity tomography
本文提出利用监督式机器学习，通过杂质引起的基态涨落，从原子级量子磁体中推断哈密顿参数，并在噪声下实现有效提取。
2025-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Well-conditioned multiproduct Hamiltonian simulation
量子计算机上的时间演化算子的乘积公式近似由于其简单性和通过利用哈密顿项之间的交换性而与系统大小的良好缩放而引起极大兴趣。然而，产品公式显示出与时间$t$和模拟误差$ε$的差的缩放，因为单个步骤的门成本与精度的阶数$m$成指数缩放。我们引入条件良好的多产品公式，这是一个线性组合的产品公式，其中一个单一的步骤有多项式成本$\mathcal{O}(m^2\log{(m)})$和成功的概率$Ω(1/\operatorname{log}^2{(m)})$。我们的多产品公式意味着一个简单的和通用的模拟算法，同时利用任意系统中的交换性，并具有最坏情况下的成本$\mathcal{O}(t\log^{2}{(t/ε)})$，这是最佳的多对数因子。相比之下，先前的Trotter和后Trotter哈密顿模拟算法仅实现这两个期望特征中的一个。一个关键的技术成果的独立利益是我们的解决方案，以前的多产品公式，放大数值误差的$e^{Ω(m)}$在经典的设置，并导致消失的成功概率$e^{-Ω(m)}$在量子设置的条件问题。
2019-09-20 physics.comp-ph quant-ph
On model reduction for quantum dynamics: symmetries and invariant subspaces
量子动力学模拟是计算物理面临的重大挑战。在这项工作中，我们研究的方法，减少这种模拟的需求，通过确定降阶模型的动力学参数化量子哈密顿。特别是，我们首先制定了一个代数条件，证明存在不变的子空间的参数化的哈密顿量和初始状态定义的模型。在此之后，我们开发和分析两种方法来显式地构建降阶模型，如果存在的话。除了一般的结果表征任意有限维哈密顿不变子空间，通过利用广义泡利群的性质，我们开发实用的工具，以加快模拟某些自旋哈密顿所产生的动力学。为了说明开发的方法，我们将其应用到几个范例自旋模型。
2014-12-12 math-ph math.MP quant-ph
Coordinate space representation for quantum simulation of scalar field theory
Université de Bordeaux（波尔多大学）
该研究提出基于坐标空间简谐振子基的φ⁴模型表述，其单体态矩阵和相互作用张量呈有效带对角结构，可降低量子模拟资源，经数值验证其低能谱与动量空间表述一致。
2026-08-04 hep-th quant-ph
Bell-inequalities for Entangled Neutral Kaons
我们扩展使用贝尔不等式的$Φ\to K^0 \bar{K^0}$衰变利用类比和差异，众所周知的和实验验证的单态自旋的情况下。与其他分析相比，我们的贝尔不等式违反了量子力学，并且可以严格地从局域实在理论导出。原则上，量子力学可以用不稳定的振荡态来检验，而这些振荡态是由CP破坏的哈密顿量所控制的。
1998-11-19 hep-ph quant-ph
On the general family of third-order shape-invariant Hamiltonians related to generalized Hermite polynomials
本文报道了用广义厄米多项式构造最一般的有理量子势，并对其进行了分类。这是通过利用三阶形状不变哈密顿算子和第四潘勒韦方程之间的内在关系来实现的，使得广义Hermite多项式从有理解的$-1/x$和$-2x$层次中出现。这种关系明确地建立了离散谱结构，一般来说，它是由一个间隙分开的等距本征值的有限维和无限维序列的联合组成的。广义Hermite多项式的两个指数决定了有限序列的维数和间隙。同样，本征解的完整集合可以分解为两个不相交的子集。在这种形式中，每个集合内的本征解被写为定义在实数线上的权重函数乘以多项式的乘积。这些多项式满足一个二阶微分方程，并从三项递归关系（二阶差分方程），其初始条件也是固定的广义埃尔米特多项式。
2022-03-10 math-ph math.MP quant-ph
Exploiting disorder to probe spin and energy hydrodynamics
本文提出一种利用固态自旋集合固有无序性退相干非局域部分的新技术，在仅具备全局控制条件下实现了单点分辨率的局域关联测量，并借此在核自旋链中探究了弹道与扩散流体动力学的交叉，发现可积系统中扩散自旋与弹道能量输运共存。
2023-05-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Towards Hamiltonian Simulation with Decision Diagrams
提出首个基于 Decision Diagrams 的 Hamiltonian 模拟方法，实现相关操作并通过多组评估表明其在部分场景下较现有方法有数量级优势，同时揭示其固有局限。
2024-03-01 cond-mat.other cs.ET quant-ph
Measurement of transverse hyperfine interaction by forbidden transitions
精确表征系统的哈密顿量对其高保真控制至关重要，这将使许多量子技术成为可能，从量子计算到通信和传感。特别是，哈密顿量的非长期部分通常更难以表征，即使它们可以引起微妙但不可忽略的影响。在这里，我们提出了一个战略，用于精确估计的横向超精细耦合之间的电子和核自旋，利用由于禁止过渡的拉比驱动的核自旋的影响。我们应用该方法精确地确定了氮空位中心电子自旋与其氮核自旋之间的横向耦合。此外，我们还展示了这种在实验中经常被忽视的横向超精细是如何实现核拉比驱动的大幅度增强的。
2018-01-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Gauging Defects in Quantum Spin Systems
本工作的目标是建立量子自旋系统的缺陷动力学理论。利用可区分的Fock空间，首先介绍了一个不定数量的缺陷的运动学理论。然后，通过允许缺陷通过微观哈密顿量变得移动来并入动态。这种结构被扩展到拓扑有序系统的基态本征空间的哈密尔顿推广的黄金链。我们说明了建设的自旋链与$\mathbf{Vec}(\mathbb{Z}/2\mathbb{Z})$融合规则的例子，采用广义管代数技术来模拟链中的缺陷。由此得到的动力学缺陷模型等价于临界横向伊辛模型。
2019-10-23 math-ph math.MP quant-ph
Hyperscaling in the coherent hyperspin machine
针对相干Ising机在有限尺寸缩放中成功率指数下降的问题，提出利用Ising Hamiltonian高维嵌入和维度退火实现性能指数级提升的超尺度缩放方法，并给出了基于现成技术的实验实现方案。
2023-08-04 physics.optics quant-ph
Electric-field Quantum Sensing Exploiting a Photogenerated Charge-transfer Triplet State in a Molecular Semiconductor
该研究在 ACRSA 分子中利用光生 CT 自旋三重态和 Hahn 回波序列实现相干电场传感，测得约 0.51 Hz/(V/m) 的 SEC，证明无需重原子 SOC 即可获得强方向敏感响应。
2025-10-21 cond-mat.str-el quant-ph
Plateau-Constrained Selection: Exploiting Degeneracy for Lower-Depth Quantum Compilation
University of Missouri（密苏里大学）
该研究针对对易相位项排序的多最优解问题，提出两阶段排列搜索方法，在量子电路优化中减少了受控非门数量，降低了量子比特深度，具有编译器自由度的应用价值。
2026-09-15 cs.ET quant-ph
Numerical Optimization Strategies for the Variational Hamiltonian Ansatz in Noisy Quantum Environments
Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；VSB-Technical University of Ostrava（俄斯特拉发理工大学）；IT4Innovations National Supercomputing Center, VSB–Technical University of Ostrava（俄斯特拉发理工大学 IT4创新国家超算中心）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT（弗劳恩霍夫化学技术研究所）；Saarland University（萨尔兰大学）；University of L’Aquila（拉奎拉大学）
本文提出了一种系统性的优化算法评估方法，用于变分哈密顿近似在噪声量子环境中的应用，发现基于种群的优化器在有限样本噪声下表现更稳健，且通过利用噪声底座的对称性实现了更高的能量估计精度。
2026-01-22 cs.NA math.NA quant-ph
Ungauging quantum error-correcting codes
我们开发的程序的测量和ungauging，揭示其业务意义，并提出了他们的推广系统的方式在量子纠错码的框架内。我们证明了一个例子的子系统培根-肖尔代码的ungauging程序可以导致模型与不寻常的对称运营商约束生活在低维结构。我们应用我们的形式主义的三维规范色码（GCC），并表明其码字空间是等价的希尔伯特空间的六个副本的$\mathbb{Z}_2$格点规范理论与$1$形式的对称性。我们发现，三种不同的稳定剂哈密顿与GCC对应于不同的热稳定性保护的拓扑（SPT）阶段的稳定剂对称性的GCC的存在下。所考虑的哈密顿量之一描述了Raussendorf-Bravyi-Harrington模型，该模型对于非零温度下基于测量的量子计算是通用的。我们还提出了一个一般的程序创建$D$维SPT哈密顿从$(D+1)$维CSS稳定哈密顿利用带隙域壁和横向逻辑门之间的关系。其结果是，我们找到了一个明确的二维实现的非平凡的分形SPT相保护的分形对称。
2018-05-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Entanglement Spectroscopy and probing the Li-Haldane Conjecture in Topological Quantum Matter
拓扑相位的特征在于它们的纠缠特性，这体现在Li和Haldinger发现的纠缠谱和边缘态之间的直接关系中。我们建议利用合成量子系统的力量，通过纠缠哈密顿量来测量纠缠，以实验方式探测这种关系。这是可能的，通过利用准局域结构的纠缠哈密顿。这个建议的可行性说明了两个典型的例子，实现与当前的技术，整数量子霍尔状态的非相互作用的费米子在2D晶格和对称性保护的拓扑状态的相互作用的费米子在1D链。我们的研究结果铺平了道路，在强关联量子多体系统的拓扑顺序的实验鉴定。
2022-04-26 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
A unified treatment of exactly solvable and quasi-exactly solvable quantum potentials
利用薛定谔哈密顿量的隐代数结构sl（2），我们提出了一种生成精确可解和准精确可解量子势的统一方法.用这种方法，我们得到了两类新的拟精确可解系统，一类是周期型，另一类是双曲型。
2003-02-15 hep-th math-ph math.MP
