A random compiler for fast Hamiltonian simulation
量子系统的动力学可以使用量子计算机通过将幺正分解为一个和两个量子比特门的量子线路来模拟。最成熟的方法是Trotter-Suzuki分解,其电路大小的严格界限取决于系统哈密顿量中的项$L$的数量和哈密顿量$Λ$中最大项的大小。因此,Trotter-Suzuki仅适用于稀疏Hamilton。Trotter-Suzuki是一个确定性编译器,但最近表明,随机编译提供更低的开销。在这里,我们提出并分析了一个随机编译器的哈密顿模拟门的概率是成比例的强度相应的一项在哈密顿。这种方法要求电路大小独立于$L$和$Λ$,而是取决于$λ$,即哈密顿强度的绝对和($\ell_1$范数)。因此,它特别适合于与量子化学相关的电子结构哈密顿量。考虑到丙烷,二氧化碳和乙烷,我们观察到的速度相比,标准Trotter-Suzuki的$306\times$和$1591\times$之间的物理显着的模拟时间在精度$10^{-3}$。在化学精度进行相位估计,我们报告说,节省是相似的。
2019-06-25 quant-ph
Estimating mixing properties of local Hamiltonian dynamics and continuous quantum random walks is PSPACE-hard
(经典)遍历理论的一个主要课题是定性地研究动力系统的相空间如何被其动力学轨道穿透。我们根据4-定域哈密顿量和连续量子随机游动考虑相互作用量子比特系统的动力学。对于这些系统,可以使用时间平均的冯诺伊曼熵来表征相应轨道的混合性质,即,状态空间的哪一部分,以及它被轨道填充的均匀程度。我们表明,估计这个熵的问题是PSPACE-硬。
2004-01-29 quant-ph
Generating random unitaries by products of conjugated Hamiltonian evolutions
University of Oxford(牛津大学);University of Cambridge(剑桥大学)
本文提出利用固定哈密顿量被全局控制算子共轭后的演化序列生成随机酉算子,通过几何论证证明其在均匀参数采样下指数收敛到Haar测度,适用于多种量子实验平台。
2026-10-01 quant-ph
New random compiler for Hamiltonians via Markov Chains
本文提出了一种基于马尔可夫链的新随机编译器,用于模拟哈密顿演化,支持多种随机化方案和时间依赖权重,并证明了其门数量增长为 $\tilde{\mathcal{O}}\left(C^2T^2ε_0^{-1}\right)$。
2025-03-02 quant-ph
Heisenberg-Limited Quantum Hamiltonian Learning via Randomly Spread Product-States
ICFO - The Institute of Photonic Sciences(光子科学研究所);Forschungszentrum Jülich, Institute of Quantum Control, Peter Grünberg Institut (PGI-8)(于利希研究中心量子控制研究所彼得·格林伯格研究所);Quside Technologies SL(Quside科技有限公司)
提出一种仅用局部量子操作即可实现海森堡极限二次费舍尔信息标度的协议,通过局部Haar随机乘积态初始化和随机泡利乘积测量,无需纠缠或全局相干测量,同时通过系综平均实现无偏估计。
2026-07-03 quant-ph
Pathwise Random Hamiltonian Simulation
Università di Pavia(帕维亚大学)
该研究针对qDrift哈密顿模拟精度受限的问题,提出PRHS方法,通过细分时间步并优化参数,在无需辅助量子比特的情况下实现查询成本增长慢于1/ε任意次幂,且数值模拟显示其精度比qDrift高2-4个数量级。
2026-09-01 quant-ph
Optimized Randomized Hamiltonian Simulation via Average-Error Analysis
Graduate School of Engineering Science, The University of Osaka(大阪大学工学研究科);Graduate School of Informatics, Kyoto University(京都大学情报学研究科);Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka(大阪大学量子信息与量子生物学中心);RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)(理化学研究所量子计算中心)
本文提出一种基于平均误差分析的随机哈密顿模拟优化框架,通过最小化 Haar 平均误差界来优化采样概率,显著降低误差界,并在 FeMoco 模型中实现约 5.65 倍的改进。
2026-09-30 quant-ph
Optimal control methods for fast time-varying Hamiltonians
在这篇文章中,我们开发了一种数值方法来找到最佳的控制脉冲,占输入控制场的变化和应用的哈密顿量之间的时间尺度的分离。在传统的数值优化方法中,这些时间尺度被视为相同。虽然这种近似已经取得了很大的成功,但在输入控制被充分滤波或与快速载波混合的应用中,所得到的优化脉冲与所施加的物理场几乎没有关系。我们的技术在数值上仍然是有效的,因为我们的搜索空间的维度仅取决于输入控制场的变化,而我们对量子演化的模拟在所应用的哈密顿量的快速变化的时间尺度上是准确的。
2011-06-21 quant-ph
Phase estimation with randomized Hamiltonians
在量子计算中,迭代相位估计长期用于估计哈密顿本征值。这是通过将相同的基本模拟电路的许多重复应用于初始状态,并使用统计推断来从所得数据中收集本征值的估计来完成的。在这里,我们展示了这个框架的推广,其中模拟中的每个步骤都使用不同的哈密顿量。这允许随着相位估计精度的增加而改变哈密尔顿算子的精度。此外,通过使用重要性采样,我们可以利用关于基态的知识来决定每个哈密顿项在演化中出现的频率,并最小化我们估计的方差。我们严格地表明,如果哈密顿量是缺口和样本方差的基态期望值的哈密顿量项足够小,这个过程中产生的估计和相位估计的成功概率的影响可以忽略不计。我们证明了这一过程的数值为两个化学哈密顿量,并观察到显着减少项的数量在哈密顿量;在一种情况下,我们甚至观察到减少所需的模拟量子位的数量。我们的结果是不可知的特定的模拟算法,我们希望这些方法适用于一系列的方法。
2019-07-23 quant-ph
Unbiased random circuit compiler for time-dependent Hamiltonian simulation
含时哈密顿模拟(TDHS)是量子计算中的一项关键任务。现有的算法一般有偏小的算法误差$\varepsilon$,和门的复杂性尺度为$O(\text{poly}(1/\varepsilon))$的产品公式为基础的方法,并可以改进为多对数与复杂的电路结构。在这里,我们开发了一个无偏的随机编译器TDHS结合戴森展开,量子进化的无偏连续采样方法,和领先的顺序旋转,它是免费的算法错误。我们的方法具有单量子位和双量子位门复杂度$O(Λ^2)$,具有恒定的采样开销,其中$Λ$是哈密顿强度的时间积分。在相互作用图和分子系统的绝热基态制备下,对自旋模型进行了数值模拟。在这两个例子中,我们观察到显着的改进,我们的方法比现有的。我们的工作为有效实现TDHS铺平了道路。
2022-12-19 quant-ph
Continuous Variable Hamiltonian Learning at Heisenberg Limit via Displacement-Random Unitary Transformation
School of Stomatology, Peking University(北京大学口腔医学院);Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校化学与生物化学系);Department of Physics, Tsinghua University(清华大学物理系);Institute of Advanced Study, Tsinghua University(清华大学高等研究院)
提出位移-随机酉变换(D-RUT)协议,将有限阶玻色子哈密顿量学习简化为多项式恢复问题,实现海森堡极限总演化时间,并对SPAM误差具有鲁棒性,同时开发了分层多模系数恢复方法。
2026-05-29 quant-ph
Systematic many-fermion Hamiltonian input scheme and spectral calculations on quantum computers
本文提出保留费米子反对易关系、粒子数变化及 Hamiltonian 对称性的二次量子化多费米子 Hamiltonian 输入方案,并构建混合量子-经典谱计算框架,给出电路与门成本,成功计算 ${^{42}}$Ca、${^{46}}$Ca 低激发谱。
2025-05-13 nucl-th quant-ph
Spectral estimation for Hamiltonians: a comparison between classical imaginary-time evolution and quantum real-time evolution
我们提出了一个经典的蒙特卡罗(MC)计划,有效地估计一个stoquastic(即无符号问题)的局部哈密顿量的时间,衰减信号。该信号中的衰减率对应于哈密顿本征值(具有输入状态中存在的相关本征态),并且可以使用经典信号处理方法(如ESPRIT)来经典地提取。我们比较这个MC计划的效率,它的量子对应,其中一个提取特征值的一般本地哈密顿量从一个实时的,通过量子相位估计电路获得的振荡信号,再次使用ESPRIT方法。我们证明了ESPRIT方法可以解决S = poly(n)本征值,假设它们之间的1/poly(n)间隙,通过量子相位估计电路,假设有效的准备输入状态的poly(n)量子和经典的努力。我们证明了我们的Monte Carlo方案加上ESPRIT方法可以解决S = O(1)的特征值,假设它们之间有1/poly(n)的差距,与poly(n)纯经典的努力随机哈密顿量,需要一些访问结构的输入状态。然而,我们还表明,在这些假设下,即S = O(1)本征值,假设它们之间有1/poly(n)的间隙和一些输入状态的访问结构,可以实现这一点与poly(n)的纯经典的努力,一般的局部哈密顿量。因此,这些结果量化了一些机会和局限性的经典蒙特卡罗方法的谱估计哈密顿。我们数值比较MC本征值估计方案(随机哈密顿)和QPE本征值估计方案,通过实现它们的原型随机哈密顿系统:横向场伊辛链。
2022-05-09 quant-ph
Construction of bilinear control Hamiltonians using the series product and quantum feedback
我们表明,它是可能的,以建立封闭的量子系统的双线性哈密顿依赖于任意的输入信号。这是通过将系统耦合到量子输入场并将输出场反馈回系统以抵消随机效应来实现的,其中信号在这些事件之间被添加到场并随后被减去。这里我们假设各种连接和操作之间的时间延迟限制为零。
2008-07-26 quant-ph
Performance of Variational Algorithms for Local Hamiltonian Problems on Random Regular Graphs
设计了两种受QAOA启发的变分算法优化图上2-local哈密顿量,发现对称性阻碍一般图上QMC优化,但在随机正则图及二分图上优于已知方法,5层即可在1D环上实现1.62%误差的基态能量。
2024-12-19 quant-ph
Compilation by stochastic Hamiltonian sparsification
量子化学的模拟有望成为量子计算的主要应用。在量子模拟中,描述量子系统动力学的复杂哈密顿量被分解成其组成项,其中每个项在时间演化期间的影响被单独计算。对于许多物理系统,哈密顿量具有大量的项,限制了已建立的模拟方法的可扩展性。为了解决这一限制,我们引入了一个新的计划,近似的实际哈密顿与稀疏哈密顿包含较少的条款。通过随机稀疏化弱哈密顿项,我们受益于相对于确定性方法的二次抑制误差。根据凸优化理论中的最优性条件,我们导出了较弱哈密顿项的概率分布,并将其误差界与其它一些电子结构哈密顿项的概率分布进行了比较.调整我们的近似哈密顿算子的稀疏性,使我们的方案可以在最近的两个随机编译器之间进行插值:qDRIFT和随机一阶Trotter。因此,我们的方案是一种算法,结合了随机Trotterisation的优势与qDRIFT的效率,并且对于中间门预算,优于这两种先前的方法。
2020-02-26 quant-ph
Unveiling Order from Chaos by approximate 2-localization of random matrices
本文通过数值与解析方法证明,一般随机矩阵型哈密顿量可在适当基中高精度近似表示为仅含两体相互作用的2-局域形式,且对微扰鲁棒,从而为从混沌中涌现局域性提供了一种可能机制。
2023-03-05 quant-ph
Optimizing random local Hamiltonians by dissipation
本文证明简化量子吉布斯采样算法能以Ω(1/k)近似比优化随机k-局部哈密顿量,较先前算法指数改进,表明量子易而经典难,并可作为优化元启发式。
2024-11-04 quant-ph
Fluctuation-guided adaptive random compiler for Hamiltonian simulation
South China Normal University(华南师范大学);Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education)(原子与亚原子结构及量子控制教育部重点实验室);Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter(广东省物质结构与基本相互作用基础研究卓越中心);School of Physics, South China Normal University(华南师范大学物理学院);Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials(广东省量子工程与量子材料重点实验室);Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter(粤港澳量子物质联合实验室);Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University(华南师范大学前沿物理研究院)
本文提出一种波动引导的自适应算法,通过动态更新采样概率提高哈密顿量模拟的保真度,适用于离散、连续和混合变量系统。
2025-09-12 quant-ph
Phase estimation with partially randomized time evolution
University of Copenhagen(哥本哈根大学);MIT(麻省理工学院)
本文提出部分随机化的哈密顿量模拟方法,通过将部分项确定性处理、其余项随机采样,加速量子相位估计中的乘积公式,在量子化学基准系统中实现数量级改进,并展示与最优量子化方法竞争的系统规模渐近标度。
2026-07-13 quant-ph
Energy Transfer in Random-Matrix ensembles of Floquet Hamiltonians
本文研究双驱动随机矩阵 Floquet 哈密顿量系综的能量泵浦统计,揭示效率分布转变及其不可积谱特征,并用机器学习识别高转换效率的关键参数。
2023-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hamiltonian tomography by the quantum quench protocol with random noise
在这篇文章中,我们介绍了一个框架的哈密顿层析成像的多量子比特系统的随机噪声。我们采用量子猝灭方案,通过随机幺正算符和时间不确定性扭曲的局域测量来重建多体哈密顿量。特别地,我们考虑一个横向场伊辛哈密顿描述的相互作用的两个自旋$1/2$和三个量子比特的哈密顿系统内的射频场。对于随机哈密顿的样本,我们报告重建的保真度与由两个参数量化的噪声量。此外,我们还讨论了哈密顿层析成像的精度与框架中所涉及的量子态对数目之间的相关性。结果提供了有价值的洞察协议对随机噪声的鲁棒性。
2021-11-29 math-ph math.MP quant-ph
Chaos in the Bose-Hubbard model and random two-body Hamiltonians
本研究通过对比Bose-Hubbard模型与玻色子嵌入随机矩阵系综,验证了后者能描述前者混沌相的能量依赖性和本征矢特征,但分形维数分布随Hilbert空间增大而偏离,为区分不同多体哈密顿量提供了新证据。
2022-01-10 quant-ph
Systematic input scheme of many-boson Hamiltonians with applications to the two-dimensional $ϕ^4$ theory
本文提出一种用于多玻色子哈密顿量的系统化输入方案,通过量子寄存器编码、压缩玻色子算符和量子漫步块编码,结合混合量子-经典对称适配量子 Krylov 子空间对角化算法,在 IBM Qiskit 上成功求解了二维 $ϕ^4$ 理论的能谱。
2024-10-15 hep-th nucl-th quant-ph
Entanglement Dynamics of Random GUE Hamiltonians
在这项工作中,我们考虑一个模型的子系统与水库和纠缠研究的动力学假设的整体时间演化是由不可积的哈密顿。我们还比较了一个合奏的可积哈密顿。为了做到这一点,我们利用酉不变的合奏随机矩阵的Wigner-Dyson或泊松分布的能量。利用Weingarten函数理论,我们导出了约化密度矩阵和纯度的普遍平均时间演化,并将这些结果与几种物理哈密顿量:横场Ising和XXZ模型的随机化版本,自旋玻璃和中心自旋和SYK模型进行了比较。该理论擅长描述后两者。一路上,我们发现一般表达式的指数$n$点关联函数的气体GUE特征值。
2020-06-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Random Hamiltonian in thermal equilibrium
提出了一个研究处于热平衡的无序量子系统的框架。该方法是基于一个动力学模型-其中包括一个双括号梯度流和一个统一的布朗波动的组合-“平衡”成一个典型的分布的哈密顿量。由此产生的平衡态被用来计算量子观测量的淬火和退火平均值。
2009-01-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement Features of Random Hamiltonian Dynamics
我们引入了酉门纠缠特征的概念,作为输入和输出通道的所有二分部分上的指数纠缠熵的集合。我们得到了由随机哈密顿量生成的幺正门的含时$n$ th-Renyi纠缠特性的一般公式。特别是,我们提出了一个伊辛公式的随机哈密顿动力学的2nd-Renyi纠缠功能,它承认全息张量网络的解释。作为纠缠特性的一般描述,我们表明,纠缠功能可以应用到几个动力学措施的热化,包括无序的时间顺序相关和量子淬火后的纠缠增长。我们还分析了吉田Kitaev概率协议的随机哈密顿动力学。
2018-06-10 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Random translation-invariant Hamiltonians and their spectral gaps
我们考虑了$\mathbb Z^D$上的无阻挫量子自旋哈密顿量,其中每个方向上的最近邻相互作用被随机采样,然后分布在晶格上。我们的主要结果是,在一个小的秩约束下,哈密顿量自动挫折免费,他们是一个积极的概率缺口。这将以前的结果扩展到所有维度的一维自旋链。该参数还控制了本地差距。作为应用,我们利用Anshu-Arad-Gosset的AGSP方法得到了一个二维的切割相关的基态面积律。
2022-08-21 math-ph math.MP quant-ph
Sparse random Hamiltonians are quantumly easy
该研究针对量子模拟中低能试探态高效制备的理论难题,证明对两类随机稀疏哈密顿量,最大混合态可作为有效试探态,结合相位估计能高效制备近基态,且这类低能态经典计算非平凡、相位估计是最优制备方法。
2023-02-07 math.PR quant-ph
Concentration of OTOC and Lieb-Robinson velocity in random Hamiltonians
不同时空的算子之间的交换子是酉演化局部性的一个诊断。大多数现有的结果是针对特定的易处理的(随机)哈密顿量(出的时间顺序相关器计算),或更坏的情况下哈密顿量(Lieb-Robinson-like边界或OTOC边界)。在这篇文章中,我们研究了典型哈密顿算子中的重子。从任意零均值有界独立随机Hamilton系综中抽取样本,分别给出了在谱范数下和任意非随机状态下的浓度界.我们的边界具有很高的概率,并且与相互作用的平方和成比例。我们的布朗界与布朗极限相容,而确定性算子增长界必须发散。我们评估这个一般框架上的短程,一维幂律相互作用,和SYK-样的k-本地系统和结果匹配现有的下限和结构。我们的主要概率参数采用了一个强大的矩阵鞅技术称为均匀平滑,并可能适用于其他设置。
2021-03-16 math-ph math.MP quant-ph
Subsystem dynamics under random Hamiltonian evolution
我们研究了一个子系统的密度矩阵的时间演化下的幺正演化,所产生的一个足够复杂的,说量子混沌,哈密顿量,由一个随机矩阵建模。我们精确计算所有的相干度、纯度和波动。我们表明,减少密度矩阵可以描述的非中心相关Wishart合奏,我们能够进行分析计算的本征值密度。我们的描述占从任意初始状态到随机状态的过渡在很大的时间,使我们能够确定的收敛时间后,达到随机状态。我们确定并描述了一些其他有趣的功能,如一系列的最大本征值和散装之间的碰撞,伴随着一个相变在其分布函数。
2012-03-14 nlin.CD quant-ph
A Partially Random Trotter Algorithm for Quantum Hamiltonian Simulations
给定哈密顿量,幺正算符的计算一直是许多量子算法的核心。受现有的确定性和随机方法的启发,我们提出了一种混合方法,其中在每个时间步评估具有大振幅的哈密顿量,而其余的条款随机评估。得到了均方误差的界,以及浓度界。均方误差由方差项和偏置项组成,分别由哈密顿项的随机采样和算子分裂误差引起。利用偏差/方差权衡,可以通过平衡两者来最小化误差。浓度界限提供了对门的数量的估计。通过在经典计算机上的数值实验验证了估计。
2021-09-16 cs.NA math.NA physics.chem-ph
The spectrum of local random Hamiltonians
本文研究了局部随机哈密顿量的谱,提出利用局部项概率分布的$ε$-自由卷积进行表示,通过建立$ε$-非交叉分划与置换间的同构研究其谱,并推导了最大特征值的上下界。
2022-09-30 math-ph math.MP math.OA
Randomization Times under Quantum Chaotic Hamiltonian Evolution
Texas A&M University(德克萨斯农工大学);University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
研究量子混沌哈密顿演化在物理非随机哈密顿量下生成随机性的机制,发现其在多项式时间内可有效实现海尔随机,且通过适当初始条件可绕过守恒律系统的熵增长。
2025-12-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-inspired search method for low-energy states of classical Ising Hamiltonians
我们开发了一个量子启发的数值方法来搜索由两体完全连接的随机伊辛相互作用和随机局部纵向磁场组成的经典哈密顿量的低能态。在该方法中,我们引入与原伊辛哈密顿量不对易的无穷小量子相互作用,并受Krylov子空间方法的启发,反复生成和截断直积态,得到原经典伊辛哈密顿量的低能态.计算成本由无穷小量子相互作用的形式控制(例如,单体或两体相互作用)和引入的无穷小相互作用项的数目、考虑的不同初始状态以及在迭代期间保持的低能状态。为了证明该方法,我们在随机伊辛哈密顿量中引入了作用于不同格点的Pauli $X$算符和在格点的Pauli $X$算符的无穷小量子相互作用对乘积,其数值代价为每次迭代的$O(N^3)$,系统大小为$N$ .我们考虑120个实例的随机耦合实现的随机伊辛哈密顿与$N$高达600和搜索的120个最低能量的状态为每个实例。我们发现,这里提出的量子启发的方法,并行化在不同的初始状态,搜索随机伊辛哈密顿尺度的基态近似为$N^5$为$N$高达600的时间到解决方案。我们还研究了基本的物理性质,如整体平均的基态和第一激发能量和整体平均的状态数在低能区的随机伊辛哈密顿量。
2021-08-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Computer Code for Topological Quantum Spin Systems over Triangulated Surfaces
我们得到明确的封闭形式的矩阵表示的哈密顿量张量代数,如量子自旋哈密顿量。这些公式使我们能够软编码通用的哈密顿系统,并系统化的输入数据,均匀结构以及非结构化的哈密顿。其结果是一个最佳的计算机代码,可以用作一个黑盒子,在某些输入文件和返回光谱信息的哈密尔顿。该代码进行了测试Kitaev的复曲面代码部署在三角形曲面的属0和1。还提供了对应于亏格2的最小三角剖分的输入文件。
2020-01-13 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum work for sudden quenches in Gaussian random Hamiltonians
在非平衡态量子热力学的背景下,像功这样的变量表现出随机性。相干量子过程的功概率密度函数(pdf)的一个特定定义允许验证著名的涨落定理的量子版本,由于Jarzynski和Crooks,适用于当系统被驱动远离初始平衡热状态。这种特定的pdf基本上取决于初始和最终哈密顿量的细节,初始热态的温度以及在相干过程中一些外部参数如何变化。使用随机矩阵理论,我们推导出一个简单的解析表达式,描述了一般的行为的工作特征函数$G(u)$,与此特定的工作PDF突然淬火,有效的所有传统的高斯合奏的哈密顿矩阵。该公式很好地描述了从所有温度范围内的初始和最终哈密顿量的单次绘制计算的$G(u)$的一般行为。
2018-06-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Random unitaries from Hamiltonian dynamics
本研究证明常局域哈密顿动力学无法生成Haar随机酉算子,但通过略微增加局域性(多对数局域),一维哈密顿量可在恒定演化时间内实现不可区分的随机性,构成酉设计及伪随机酉算子,且可有效模拟。
2025-10-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el cs.CC
Quantum advantage from random geometrically-two-local Hamiltonian dynamics
该研究证明随机几何二局域哈密顿量在常数时间演化下产生经典难解的采样问题,提出首个最坏到平均情况归约,并给出实验可行的量子优势方案。
2025-10-07 cs.CC quant-ph
Statistical diagonalization of a random biased Hamiltonian: the case of the eigenvectors
本文提出了一种非微扰计算方法,给出了两个大量子哈密顿量:$\hat{H}_0$和$\hat{H}_0+\hat{W}$的本征矢重叠的混合矩,其中$\hat{H}_0$是确定的,$\hat{W}$是随机的.我们应用这种方法恢复二阶矩或局域态密度的情况下,任意固定的$\hat{H}_0$和高斯$\hat{W}$。然后,我们计算了四阶矩的重叠在相同的设置。这些量对于理解大型复合量子系统的局部动力学至关重要。在这种情况下,$\hat{H}_0$是系统子部分的哈密顿量之和,而$\hat{W}$是相互作用项。我们用数值模拟来检验我们的预测。
2018-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Holographic duality between local Hamiltonians from random tensor networks
AdS/CFT对应关系实现了全息原理,其中大部分空间中的信息在其边界被编码。我们离AdS/CFT的完整数学结构还有很长的路要走,但是全息量子纠错码(HQECC)形式的玩具模型已经复制了对应关系的一些有趣特征。在这项工作中,我们构建了新的HQECC建立随机稳定张量,描述了一个包含本地哈密顿模型之间的对偶,同时完全遵守所有边界区域的Ryu-Takayanagi熵公式。我们还获得了任何边界双划分的局部体算子的互补恢复。现有的HQECC已被证明表现出这些属性单独,而我们的数学严格的玩具模型捕捉这些功能的AdS/CFT同时,进一步迈向一个完整的建设全息对偶。
2022-04-20 hep-th quant-ph
Quantum quenches with random matrix Hamiltonians and disordered potentials
我们用数值方法研究了量子猝灭引起的孤立量子系统本征态占据的统计系综。所研究的系统是稀疏随机矩阵哈密顿和无序晶格。在前一种情况下,猝灭包括突然打开的非对角元素的哈密顿量。在后一种情况下,它是相邻晶格位置之间跳跃的突然开启。猝灭诱导的合奏相比,与所谓的“量子微正则”(QMC)合奏描述量子叠加与固定的能量期望值。我们的主要发现是,量子猝灭与稀疏随机矩阵有一个特殊的对角元素导致的凝聚现象预测的QMC系综。远离QMC凝聚制度,与QMC预测的整体协议是只有定性的随机矩阵和无序晶格,但在某些情况下,一个非常好的定量协议。在无序晶格的情况下,QMC系综可以用来估计在定域或离域本征态中找到粒子的概率。
2012-09-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Beyond the lemon: Spectra of random Lindblad operators with a Hamiltonian component
Institute of Theoretical Physics, Jagiellonian University(雅盖隆大学理论物理研究所);Doctoral School of Exact and Natural Sciences, Jagiellonian University(雅盖隆大学精确与自然科学博士学院);Department of Computer Science, Oslo Metropolitan University(奥斯陆城市大学计算机科学系);Center for Theoretical Physics, Polish Academy of Sciences(波兰科学院理论物理中心)
本研究针对含哈密顿分量的随机林德布拉德算子,结合算子值自由概率与序贯噪声平均的新框架,分析其谱特性,揭示哈密顿分量对谱支撑的影响。
2026-10-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Convergence to equilibrium under a random Hamiltonian
我们分析了一个大系统的子系统的平衡时间下的随机总哈密顿量,其中的哈密顿量的基础是从哈尔测度。我们得到的平衡时间是玻尔频率的算术平均值的倒数的顺序。为了计算随机基上的平均值,我们计算置换四个系统的算子重叠矩阵的逆。我们首先得到这样一个矩阵的任意有限群的表示结果,然后将其应用到特定的表示的置换群正在审议中。
2012-08-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Random-Matrix Approach to Transition-State Theory
本文用两个随机哈密顿量及其耦合建模势垒分隔的复杂系统,在普适极限下推导出一般形式的过渡态理论,并证明极厚势垒下隧穿形成与衰变独立。
2022-05-02 nucl-th quant-ph
Beating Random Assignment for Approximating Quantum 2-Local Hamiltonian Problems
量子k-局部哈密顿问题是经典约束满足问题(k-CSP)的自然推广,并且对于NP的量子模拟QMA是完备的。虽然k-局部哈密顿问题的复杂性已经得到了很好的研究,但只有少数近似结果是已知的。对于Max 2-Local Hamiltonian,其中每个项是秩3投影,经典Max 2-SAT的自然量子推广,最着名的近似算法是平凡随机分配,产生0.75近似。我们提出的第一近似算法击败这个界限,一个经典的多项式时间0.764近似。对于严格二次的情况,这是最大纠缠的情况下,我们提供了一个0.801近似算法,并数值证明,我们的算法可能是一个0.821近似。我们猜想这些是最难近似的例子。我们也给出了其他相关的经典2-CSP的量子推广的改进的近似。最后,我们利用量子连接到广义的Grothendieck问题,以获得一个经典的常数因子近似的物理相关的特殊情况下,严格二次无痕2-局部哈密顿对二分相互作用图,其中的反对数近似是最好的以前已知的(一般的相互作用图)。我们的工作采用最近开发的技术来分析经典近似的CSP,并打算访问的量子信息科学家和经典的计算机科学家。
2020-12-22 cs.DS quant-ph
Metropolis-style random sampling of quantum gates for the estimation of low-energy observables
我们提出了一个量子算法来计算低能量的期望值的量子哈密顿量通过采样的配分函数与平均能量的哈密顿量。对于任何给定的量子线路-哈密顿对,都存在一个相关联的平均能量。采样是通过电路本身的量子门上的接受/拒绝Metropolis式算法完成的。从这些样本的电路的正则系综下计算的观测值外推从更高的能量到基态。
2022-02-10 hep-lat quant-ph
Random non-Hermitian Hamiltonian framework for symmetry breaking dynamics
本研究提出用于对称性破缺动力学的随机非厄米哈密顿量框架,利用动力学方程的底层线性性并可纳入统计对称性,可描述量子态从保对称到对称性破缺的实时演化,为自发对称破缺的无序到有序转变提供量子框架。
2025-07-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Eigenstate Entanglement Entropy in Random Quadratic Hamiltonians
本征态纠缠熵是区分可积和一般量子混沌模型的有力工具。在可积模型中,平均本征态纠缠熵(在所有哈密顿本征态上)的一个独特特征是体积定律系数依赖于子系统分数。因此,它偏离了量子混沌模型中遇到的最大值(子系统分数无关)。利用二次哈密顿量的随机矩阵理论,我们得到了平均本征态纠缠熵作为子系统分数的函数的封闭表达式。我们测试其正确性对二次Sachdev-Ye-Kitaev模型的数值结果。我们还表明,它描述的平均纠缠熵的幂律随机带状矩阵模型(在离域制度)的本征态,它是接近的,但不相同的二次模型,表现出本地化的准动量空间的结果。
2020-11-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Subsystem Information Capacity in Random Circuits and Hamiltonian Dynamics
本研究探讨了开放量子系统中由随机量子电路和哈密顿演化形成的有效信道的信息容量,揭示了其作为研究各种动力学相位内在本质的有价值工具,并通过数值模拟和理论模型解释了不同初始信息编码方案对信息动力学的影响。
2025-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Low-temperature transition of 2d random-bond Ising model and quantum infinite randomness
Stanford University(斯坦福大学);All Souls College, Oxford(牛津大学万灵学院);University of Oxford(牛津大学);National Institute for Theory and Mathematics in Biology(生物理论与数学国家研究所);Syracuse University(雪城大学)
研究二维随机键伊辛模型在低温下的相变行为,通过重整化群方法揭示其与量子无限随机性的关联,发现隧道指数与自旋刚性指数的关联。
2026-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Hamiltonian Dynamics of a Sum of Interacting Random Matrices
在遍历量子系统中,如果物理观测量与守恒量“重叠”,则它们具有非松弛分量。在相互作用的微观模型中,如何分离非弛豫组分尚不清楚。我们计算由两个大的相互作用的随机矩阵,$H=A+B$组成的哈密顿量所控制的精确动力学方程。我们通过分析获得了$\langle A(t) A(0) \rangle$的后期值;这量化了可观察到的$A$的非松弛部分。松弛到这个值是由幂律决定的哈密顿$H$的频谱,独立于可观察到的$A$。对于高斯矩阵,我们进一步计算出的时间外有序算子(OTOC),并发现存在的非松弛部分的$A$导致后期的时间值和指数的修改。我们的结果如下从精确的repetmation的图形扩展和超算子技术。
2019-08-06 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Mixing time of quantum Gibbs sampling for random sparse Hamiltonians
针对随机稀疏哈密顿量,在任意恒定温度下建立了量子吉布斯采样算法混合时间的polylog(n)上界,并分析了跳跃算子与谱性质的影响,使该方法与高效低能态制备算法相当。
2024-11-07 cs.DS math-ph math.MP
MLMC-qDRIFT: Multilevel Variance Reduction for Randomized Quantum Hamiltonian Simulation
Department of Mathematics, The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学数学系)
本文提出一种多级蒙特卡洛框架用于qDRIFT,通过减少采样开销将固定精度可观测量估计的总门复杂度从标准qDRIFT的O(ε⁻³)降低到O(ε⁻² log²(1/ε)),同时保持qDRIFT对哈密顿项数量的无显式依赖性。
2026-05-19 cs.NA math.NA quant-ph