Digital Quantum Simulation of the quantum $β$-FPUT Lattice: Formulation and Resource Estimation
Univ. Grenoble Alpes, CNRS（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心）；Capgemini Quantum Lab
针对量子$\beta$-FPUT晶格，提出第一量子化的数字量子模拟框架，通过离散晶格位移直接处理非简谐相互作用，并设计浅层量子电路计算模分辨位移关联函数，给出了容错量子计算机上的资源估计。
2026-05-27 quant-ph
Digital quantum simulation of lattice fermion theories with local encoding
本文提出一种平台无关的局域编码数字量子模拟策略，仅用单比特和双比特门模拟开放边界费米子格点场论，并通过数值仿真在 Hubbard 梯子中观测到自旋与电荷激发的时间尺度分离。
2024-08-22 cond-mat.str-el quant-ph
Digital lattice gauge theories
我们提出了一个数字构造含动力学费米子的格点规范理论的一般方案。在这种方法中，四体相互作用中产生的模型与$2+1$维和更高，得到频闪，通过一系列的两体相互作用的辅助自由度。这产生了比通过微扰方法获得的更强的相互作用，如在以前的建议中通常所做的那样，并消除了通往实验实现的道路上的一个重要瓶颈。该方案适用于一般的规范理论与李或有限对称群，阿贝尔和非阿贝尔。作为一个具体的例子，我们提出了一个数字量子模拟器的$\mathbb{Z}_{3}$格点规范理论与动态费米子物质在$2+1$维度的建设，使用超冷原子在光晶格，涉及三个原子物种，代表的物质，规范和辅助自由度，这是分离在三个不同的层。通过以适当的步骤顺序移动辅助原子，我们展示了如何以干净、可控的方式获得所需的演化。
2017-02-20 cond-mat.quant-gas hep-lat hep-th
Digital Quantum Simulation of Reaction-Diffusion Systems on Lattice
本文提出在数字量子计算机上利用自旋表示、Trotterization 与 PITE 直接在主方程层面模拟随机反应-扩散系统的概率分布，并通过四类示例验证。
2024-06-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Digital quantum lattice Boltzmann evolution by reversible compute and open-system reset
提出一种数字量子格子玻尔兹曼算法，通过可逆计算与开放系统重置实现非线性耗散流体模拟，在D3Q19湍流测试中与经典模拟统计一致。
2026-09-15 physics.comp-ph quant-ph
Digital quantum simulation of a (1+1)D SU(2) lattice gauge theory with ion qudits
本文提出在六能级囚禁离子qudit处理器上，利用满足SU(2)高斯定律的qudit编码和广义Mölmer-Sörensen门，以浅层电路实现对(1+1)维SU(2)非阿贝尔格点规范理论的可扩展数字量子模拟，并数值展示了重子激发等非阿贝尔特性。
2024-10-21 hep-lat quant-ph
Digital quantum state preparation by nucleation
Michigan State University（密歇根州立大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）
提出一种受成核启发的数字量子态制备方法，通过小晶格基态和Trotter化绝热增长制备大晶格态，并引入变分优化，在二维Ising模型上优于现有方法。
2026-09-30 quant-ph
Floquet quantum simulation with superconducting qubits
我们提出了一种基于transmon量子比特周期调制的自旋模型的量子模拟算法。使用Floquet理论，我们推导出一个有效的时间平均的哈密顿量，这是一般的XYZ类，不同的各向同性XY哈密顿量通常实现的物理设置。作为一个例子，我们提供了一个简单的配方来构建一个横向伊辛哈密顿的Floquet基础。对于一维系统，我们数值模拟了横向伊辛哈密顿量和量子退火到其基态的动力学过程。我们基准的Floquet方法与数字仿真程序，并证明它是有利的有限的资源和有限的非谐性的transmons。所描述的协议可以作为一个简单而可靠的路径，可配置的量子模拟器与目前现有的超导芯片。
2017-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-Optimal Quantum Time Evolution Circuits via Provably Convergent Compression
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出了一种选择变分优化初始点的配方，保证收敛到具有近最优门复杂度的量子电路，适用于所有局部和翻译不变的哈密顿量，并通过在Kagome晶格上编码Heisenberg反铁磁体的全局受控时间演化来展示方法。
2026-05-16 quant-ph
Digital simulation of zero-temperature spontaneous symmetry breaking in a superconducting lattice processor
本文在超导 Cayley 树晶格上通过数字化绝热演化和数字量子退火算法，实验模拟了零温自发对称性破缺诱导的反铁磁与铁磁相变，并利用关联函数和二分 Rényi 熵验证了纠缠量子相的形成。
2024-09-26 quant-ph
Digital programming of spin correlations in a fermionic lattice quantum simulator
Institute for Quantum Electronics & Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子电子学与量子中心）
提出一种混合方法，结合模拟制备与数字量子门协议，从相同初始资源态工程化具有特定长程自旋关联的目标态，并通过碰撞门编程多种自旋关联模式。
2026-06-15 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Circuit-based digital adiabatic quantum simulation and pseudoquantum simulation as new approaches to lattice gauge theory
规范理论是粒子物理标准模型的框架，在凝聚态物理中也很重要。格点规范理论作为其主要的非微扰方法，传统上是用蒙特卡罗模拟实现的，因此它经常遇到诸如费米子符号问题和缺乏实时动力学等问题。希望它们可以通过使用量子模拟来避免，量子模拟通过使用可控的真实量子过程来模拟量子系统。量子模拟领域正在迅速发展。在这里，我们提出了一个基于电路的数字方案的量子模拟的量子$\mathbb{Z}_2$格点规范理论在$2+1$和$3+1$维，使用量子绝热算法实现的通用量子门。我们的算法推广的Trotter和对称分解的情况下，在分解的每一步的哈密顿量变化。在经典的GPU模拟器中对该方案进行了完整的演示，得到了量子$\mathbb{Z}_2$格点规范理论的关键特性，包括量子相变、拓扑性质、规范不变性和对偶性。在最先进的快速计算机上进行量子模拟的经典演示，称为伪量子模拟，它不仅有利于实量子模拟方案和算法的发展，而且代表了一种新的实用计算方法。
2020-09-02 cond-mat.str-el hep-lat quant-ph
U(1) Wilson lattice gauge theories in digital quantum simulators
格点规范理论描述了自然界中的基本现象，但在经典计算机上计算它们的实时动力学是出了名的困难。在最近的出版物[Nature 534，516（2016）]中，我们提出并实验证明了范式Schwinger模型的数字量子模拟，这是一种描述费米子物质和规范玻色子之间相互作用的U（1）-Wilson格点规范理论。在这里，我们提供了一个详细的理论分析的性能和该协议的潜力。我们的策略是基于分析整合出的规范玻色子，保持精确的规范不变性，但在复杂的长程相互作用的物质场之间的结果。捕获离子平台自然适合于实现这些相互作用，允许模型的有效量子模拟，具有仅随系统大小多项式缩放的多个门操作。采用数值模拟，我们说明，相关的现象可以在较大的实验系统中观察到，作为一个例子，生产的粒子-反粒子对量子淬火后。我们从理论上研究了该计划对通用误差源的鲁棒性，并表明，不久的将来的实验可以达到有限大小的影响是微不足道的制度。我们还讨论了量子模拟理论的连续极限所面临的挑战。利用我们的方案，格点规范理论的基本现象可以探测到使用一组广泛的实验可及的可观测量，包括纠缠熵和真空持久振幅。
2016-12-27 hep-lat hep-th quant-ph
Digital Quantum Simulation of Cavity Quantum Electrodynamics: Insights from Superconducting and Trapped Ion Quantum Testbeds
本研究利用最新量子算法在超导与囚禁离子量子计算机上模拟了N=3原子的开放CQED系统，通过特定技术的转译与误差缓解获得了与精确解高度一致的结果，为腔-发射体系统的高效量子模拟提供了方案。
2024-12-22 quant-ph
Oracles for Gauss's law on digital quantum computers
仅使用物理自由度来表述格点规范理论通常会导致非定域相互作用。局部哈密顿量是量子模拟所需要的，这可以通过将希尔伯特空间视为更大的希尔伯特空间的子空间来实现，其中高斯定律不是自动的。这种局部公式的数字量子模拟将由于Trotterization或量子噪声的误差而漂移到非物理扇区。在这项工作中，预言机的构造，使用当地高斯定律的约束，以区分在阿贝尔格点规范理论的物理和非物理波函数投影。这样的预言可以用来检测违反高斯定律的错误。
2019-04-01 hep-lat quant-ph
Digital Quantum Simulation of Flat-Band and All-Bands-Flat Dynamics for Tunable Quantum Transport
National Tsing Hua University（国立清华大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文采用基于张量网络的变分优化方法，在NISQ设备上实现平带与全带平晶格的高保真数字量子模拟，实现可控量子输运，为量子技术的量子输运控制提供新途径。
2026-08-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
Efficient Representation for Simulating U(1) Gauge Theories on Digital Quantum Computers at All Values of the Coupling
我们推导出一个格点U（1）规范理论的表示，它在用于表示每个格点的状态数上具有指数收敛性，该表示适用于所有耦合值。在大耦合下，这种表示相当于Kogut-Susskind电表示，已知它在该区域提供了良好的描述。在小耦合时，我们的方法调整了数字化中表示的最大磁场，因为在这种情况下，低本征态在零磁场附近变得强烈峰值化。此外，我们选择的哈密顿量，给出最小的违反规范的交换关系时，作用于低的本征态，由奈奎斯特-香农采样定理的动机的电分量的表示。对于4个格点的（2+1）维，每个格点仅用7个态就可以计算出元胞算符的期望值，对于所有的耦合常数值都具有千分之一级的精度.
2021-11-15 hep-lat hep-ph quant-ph
Average-computation benchmarking for local expectation values in digital quantum devices
Dipartimento di Fisica e Astronomia G. Galilei, Università di Padova（帕多瓦大学伽利略物理与天文学系）；Padua Quantum Technologies Research Center, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学帕多瓦量子技术中心）；Max Planck Institute of Quantum Optics（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）
本文提出了一种新的基准测试方法，通过结合目标计算和其变体，利用平均后的经典可解相关函数来评估整个计算的质量，同时保留电路结构和深度，能检测超越Clifford基准测试的噪声。
2026-04-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Realizing Topological Quantum Walks on NISQ Digital Quantum Computer
本文在NISQ数字量子计算机上实现周期性调制非对角AAH晶格中的量子行走，系统研究单粒子和双粒子情形下的拓扑边缘态鲁棒性、体态排斥及相互作用诱导局域化等效应，为量子技术应用提供基础。
2024-07-31 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamic Circuits for the Quantum Lattice-Boltzmann Method
本文提出基于动态电路的量子格子玻尔兹曼方法，通过完全酉碰撞算子和电路中段测量实现多时间步高效计算，消除概率性失败并降低量子比特开销，数值验证与数字LBM高度一致。
2025-02-04 quant-ph
Design and realization of topological Dirac fermions on a triangular lattice
基于狄拉克费米子的大禁带量子自旋霍尔绝缘体是一种很有前途的室温应用材料。设计拓扑非平凡能带有序和相当大的带隙的关键是强的自旋轨道相互作用。根据Kane和Mele最初的建议，一种方法是在具有六边形对称性的模板上合成具有蜂窝状配位的重原子单层。然而，在大多数情况下，这种方法会导致三角形晶格，通常包含金属或普通绝缘体。在这里，我们设想和实现“indenene”，一个三角形单层的铟在SiC上表现出非平凡的谷物理驱动的本地自旋轨道耦合，这战胜了反转对称性破缺条款。通过隧道显微镜的2D散装，我们确定了量子自旋霍尔相位的三角晶格，并揭示了如何隐藏的蜂窝状连接出现从干涉图样布洛赫$p_x \pm ip_y$派生波函数。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Digital Quantum Simulation of the Schwinger Model and Symmetry Protection with Trapped Ions
研究在最多六量子比特的囚禁离子平台上数字模拟格点 Schwinger 模型实时动力学，并结合 Trotter 化、对称性保护与后选择抑制误差。
2022-04-12 hep-lat hep-ph nucl-th
Gutzwiller wave function on a digital quantum computer
通过数字量子计算机确定量子多体系统的基态依赖于一个充分有根据的猜测的初始化。系统越大，这一要求就越严格。因此，在量子硬件上准备物理动机的ansätze对于在相关电子的模拟中实现量子优势是重要的。本着这种精神，我们介绍了Gutzwiller波函数（GWF）的数字量子模拟的费米-哈伯德模型的背景下。我们提出了一个量子例程来初始化GWF，它包括两个部分。在第一个，非相互作用的状态与$U = 0$限制的模型准备。在第二种情况下，通过向每个晶格位置添加辅助量子比特来执行从波函数中选择性地移除具有双占据位置的状态的非幺正Gutzwiller投影，在$|0\rangle$状态中对其的测量证实了投影的进行。由于其非确定性的性质，我们估计的成功率的算法生成的GWF作为一个功能的晶格尺寸和相互作用强度$U/t$。讨论了量子线路度量的标度及其在一般量子模拟算法中的集成。
2021-03-29 cond-mat.str-el quant-ph
General Methods for Digital Quantum Simulation of Gauge Theories
本文提出了一种在数字量子计算机上用物质场模拟规范理论的一般方案。构造了一个尊重规范对称性的Trotterized时间演化算子，并详细介绍了获得时间分离的规范不变算子的过程。我们演示了小格点上的程序，包括2+ 1维非阿贝尔规范理论的模拟。
2019-08-27 cond-mat.str-el hep-lat nucl-th
Classically Emulated Digital Quantum Simulation of the Schwinger Model with Topological Term via Adiabatic State Preparation
我们在闵可夫斯基时空中对具有拓扑项的规范理论进行了数字量子模拟，这实际上是标准晶格蒙特卡罗模拟无法实现的。我们专注于$1+1$维量子电动力学与$θ$ -长期被称为Schwinger模型。我们使用绝热态制备来构造格点Schwinger模型的真实真空态，这反过来又使我们能够计算相对于真空的费米子质量算符的期望值。当取连续极限时，我们发现在无质量情况下的结果与已知的精确结果一致。在大质量情况下，我们发现在小质量区与质量微扰理论一致，而在大质量区与质量微扰理论有偏差。我们估计了采取合理的连续极限所需的计算成本。我们的结果意味着数字量子模拟已经是探索具有实时和拓扑项的规范理论的非微扰方面的有用工具。
2022-04-22 cond-mat.str-el hep-lat hep-ph
Optimizing digital quantum simulation of open quantum lattice models
针对开放量子格点模型，提出近最优数字模拟算法，在平滑相互作用假设下实现近最优门复杂度，并证明局域可观测量模拟的电路深度与系统大小无关，同时为马尔可夫极限提供两种改进算法。
2025-09-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum variational approach to lattice gauge theory at nonzero density
稠密费米子物质的模拟是格点规范理论中一个长期存在的问题。一个有希望的解决方案是使用量子计算机。本文设计了非零密度下格点规范理论的数字量子模拟。采用量子变分法得到了非零密度下的基态。在格点Schwinger模型中进行了基准测试。
2021-07-12 hep-lat hep-ph quant-ph
Kibble-Zurek dynamical scaling hypothesis in the Google analog-digital quantum simulator of the $XX$ model
Jagiellonian University（雅盖隆大学）
本研究利用张量网络模拟 $XX$ 模型的量子相变，验证 Kibble-Zurek 标度假设，并发现长扫描时间下绝热有限尺寸效应主导，与量子模拟数据存在差异。
2025-10-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Observation of Inelastic Meson Scattering in a Floquet System using a Digital Quantum Simulator
该研究利用超导量子处理器实现等价于一维 Floquet Z_2 格点规范理论的数字自旋链，观测介子禁闭、弦断裂及非弹性散射。
2025-08-28 quant-ph
Superconducting Circuit Architecture for Digital-Analog Quantum Computing
提出了一种适用于数模量子计算（DAQC）的超导电路结构，该结构基于增强的最近邻相互作用NISQ族。DAQC巧妙地使用了数字步骤（单量子比特旋转）和模拟块（参数化多量子比特操作），以超越数字量子计算算法。我们的设计包括超导量子干涉器件（SQUID）耦合的超导电荷量子比特链。使用磁通量控制，我们可以激活/去激活交换相互作用、双激励/去激励等。作为一个典型的例子，我们提出了一个有效的模拟的$\ell\times h$费米子晶格（与$2<\ell \leq h$），只使用$2(2\ell+1)^2+24$模拟块。所提出的架构设计在当前使用超导电路进行量子计算的实验装置中是可行的，从而以更少的资源为有用的量子优势打开了大门。
2022-05-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Digital Quantum Simulation of Nonequilibrium Dynamics in the Schwinger Model under a Strong External Electric Field
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, Institute of Quantum Matter, South China Normal University（华南师范大学量子物质研究院核物理与技术国家重点实验室）；Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (MOE), Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter（原子与亚原子结构及量子控制教育部重点实验室粤港澳量子物质联合实验室）；Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, Guangdong Provincial Key Laboratory of Nuclear Science（广东省物质结构与基本相互作用卓越研究中心广东省核科学重点实验室）
用(1+1)维施温格模型研究恒定外电场下有限晶格系统非平衡动力学。构建晶格哈密顿量，用变分量子本征求解器制备真空态，扫描外场强度发现真空态翻转，与理论预测相符，还研究了实时演化。
2026-10-14 hep-lat hep-ph quant-ph
Digital Quantum Simulation with Rydberg Atoms
我们详细讨论了一个开放系统量子模拟器的实现与里德堡态的中性原子在光晶格。我们的计划允许一个实现相干以及耗散动力学的复杂自旋模型，涉及多体相互作用和约束。模拟方案的中心构件由介观里德伯门构成，该介观里德伯门允许多个原子以高效、鲁棒和快速的协议纠缠。此外，辅助原子上的光泵浦提供了耗散成分，用于设计系统与定制环境之间的耦合。作为一个例子，我们讨论了模拟器如何使量子自旋模型，如二维海森堡模型和Kitaev的复曲面代码，其中涉及四体自旋相互作用的相干演化的模拟。此外，我们表明，在原则上也可以实现晶格费米子的模拟。作为受控耗散动力学的一个例子，我们讨论了无阻挫自旋哈密顿量的基态冷却。
2011-11-15 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Classical and Quantum Logics with Multiple and a Common Lattice Models
我们考虑一个适当的命题量子逻辑，并表明它有多个不相交的格模型，其中只有一个是一个正交模格（代数）的希尔伯特（量子）空间。本文给出了以不交分配正交格和非分配正交格为模型的经典逻辑的一个等价证明。特别是，我们证明了经典和量子逻辑是健全的和完整的每一个这些格。我们还表明，有一个共同的非正交模格，这是一个模型的量子和经典逻辑。从技术上讲，这使我们能够在数字（标准，两个子集，0-1位）计算机和非数字（例如，六个子集）计算机（具有适当的芯片和电路）上运行相同的经典逻辑。在量子逻辑中，同样的六元公共格可以作为我们有效评估更大格模型方程或逻辑定理的基准。
2016-09-16 math-ph math.LO math.MP
Hybrid Schemes of NIST Post-Quantum Cryptography Standard Algorithms and Quantum Key Distribution for Key Exchange and Digital Signature
Chunghwa Telecom Laboratories（中華電信實驗室）
本研究结合NIST标准化后量子密码算法与量子密钥分发，提出包含密钥交换和数字签名的混合安全方案，通过熵值、分布特性、计算耗时等指标验证了方案的可行性，构建了双层安全模型。
2025-09-30 cs.CR cs.PF quant-ph
Quantum circuits for digital quantum simulation of nonlocal electron-phonon coupling
针对电子-声子相互作用猝灭后小极化子形成的非平衡动力学研究需求，设计了含Peierls和呼吸模式相互作用的一维非局域耦合晶格模型数字量子模拟线路，复杂度随系统规模线性增长，还给出初始态生成线路，并通过数值计算提供对比基准。
2024-10-10 quant-ph
Reinforcement Learning for Digital Quantum Simulation
数字量子模拟是量子计算机的一个很有前途的应用。它们的自由编程能力提供了通过一系列基本量子门（通常使用Trotterization实现）离散时间演化算子来模拟具有有界谱的任何多体哈密顿量的幺正演化的潜力。在这种情况下，一个根本的挑战源于所涉及的量子门的实验缺陷，这严重限制了在合理的精度内可达到的门的数量，因此，可实现的系统大小和模拟时间。在这项工作中，我们引入了一个强化学习算法，系统地建立优化的量子电路的数字量子模拟上施加一个强约束的数量允许的量子门。有了这个，我们一致地获得量子线路，再现物理观测与三个纠缠门长时间和大系统尺寸。作为具体的例子，我们应用我们的形式主义的一个长期的伊辛链和格Schwinger模型。我们的方法使得在现有的实验技术范围内进行更大规模的数字量子模拟成为可能。
2020-06-29 cond-mat.other quant-ph
Digital quantum simulation and Pseudoquantum Simulation of $\mathbb{Z}_2$ Gauge Higgs Model
基于Trotter分解、量子绝热算法及其电路实现，提出了一种对$3\times 3$格点上的$\mathbb{Z}_2$规范-Higgs模型进行数字量子模拟的量子算法.然后，我们在GPU模拟器上进行了一个经典的演示，称为伪量子模拟。我们在这个模型上得到了一些有用的结果，这些结果表明了非限定相的拓扑性质，有助于澄清相图。我们认为，退禁闭跃迁的二级临界线与退禁闭跃迁的二级临界线相交的临界点，似乎在禁闭跃迁的一级临界线上，而不是在这条临界线的终点。
2022-03-13 cond-mat.other hep-lat quant-ph
Performance Analysis of Quantum-Secure Digital Signature Algorithms in Blockchain
University of Tartu（塔尔图大学）
本研究分析了量子安全数字签名算法在区块链中的性能，重点测试了CRYSTALS-Dilithium、Falcon和Hawk等算法，并探讨了其在区块链系统中的实现与性能指标。
2026-01-25 cs.CR quant-ph
Simulation of interaction-induced chiral topological dynamics on a digital quantum computer
手性边缘态作为与量子信息处理和无耗散电子输运相关的典型拓扑态而备受关注。使用超导transmon为基础的量子计算机，我们证明了手性拓扑传播，诱导适当设计的相互作用，而不是通量或自旋轨道耦合。也不同于传统的2D实现，我们的有效陈格是在一个小得多的等效1D自旋链上实现的，纠缠门的序列封装了所需的时间反转打破。通过利用该平台的量子特性，我们规避了当今嘈杂的中尺度量子（NISQ）时代量子计算机中有限的量子比特数和门保真度的困难，为在快速发展的量子硬件上进行更复杂拓扑状态的量子模拟铺平了道路。
2022-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.str-el
Digital Quantum Simulation of Hadronization in Yang-Mills Theory
用量子线路描述了SU（N）Yang-Mills理论的量子算法。它可以非微扰地计算Dyson级数和散射振幅，具有多项式复杂度。相互作用图中的规范场与动量空间中的格点费米子一样被离散化，避免了费米子加倍和规范对称性破缺问题。将该算法应用于量子色动力学的量子模拟中，可以观测到夸克和胶子的波函数在任意离散时刻的演化，并提取出波函数的信息.这有助于我们理解强子化的本质，而强子化是高能唯象研究中一个重要的悬而未决的问题。
2021-06-15 hep-th quant-ph
Noise-stabilized discrete time crystals on digital quantum processors
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 新兴物质科学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（RIKEN 量子计算中心）；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（RIKEN 计算科学中心）；RIKEN Pioneering Research Institute (PRI)（RIKEN 先驱研究所）
研究通过量子处理器实现受激伊辛模型的福克特动力学，利用辅助误差缓解测量和矩阵积态模拟，发现由结构化量子噪声稳定化的长寿命亚谐振磁化振荡，揭示了工程化辅助噪声作为诱导和稳定非平衡动力学秩序的实用控制手段。
2026-03-31 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Efficient and Flexible Approach to Simulate Low-Dimensional Quantum Lattice Models with Large Local Hilbert Spaces
具有大局部希尔伯特空间的量子晶格模型出现在量子多体物理的各个领域。诸如费米子和声子之间的相互作用、相互作用玻色子的BCS-BEC交叉、量子模拟器中的退相干等问题已经在理论和实验上得到了广泛的研究。近年来，张量网络方法已经成为数值处理格点系统的最成功的工具之一。然而，具有大局部希尔伯特空间的系统仍然具有挑战性。在这里，我们介绍了一个映射，允许构建人工$U(1)$对称的任何类型的晶格模型。利用生成的对称性，与局部自由度相关的数值费用显着减少。这允许有效地处理具有大的局部尺寸的系统。进一步探索这种映射，我们揭示了一个密切的联系之间的施密特值的相应的矩阵产品状态表示和单位点约化密度矩阵。我们的研究结果激发了一个直观的物理图片的截断发生在典型的算法，我们给出了界限的数值复杂性相比，标准的方法，不利用这种人为的对称性。我们展示了这种新的映射，提供了一个现有的代码的实现配方，并在半填充的荷斯坦模型进行示例计算。我们研究了系统具有非常大的数量的晶格站点高达$L=501$，而占$N_{\rm ph}=63$声子每个站点具有高精度的CDW阶段。
2021-04-23 cond-mat.str-el hep-lat quant-ph
Discretizing quantum field theories for quantum simulation
迄今为止，所有提出的用于模拟量子场论（QFT）的量子算法都模拟（连续时间）哈密顿格点QFT作为垫脚石。两个被忽视的问题是，在获得正确物理的同时，我们可以在这些模拟中采取多大的时间步长，以及我们是否可以超越依赖于哈密顿晶格QFT的标准配方。第一个问题在实践中至关重要，例如，捕获离子实验，实际上具有时间步长与晶格间距的可能比率的下限。为此，我们表明，一个时间步长等于或快于空间晶格间距为零是必要的量子模拟的QFT，但更重要的是，一个时间步长等于晶格间距实际上是足够的。为此，首先，对于$ϕ^4$理论，我们给出了一个量子线路，它与格点QFT的离散时间拉格朗日公式中的实时路径积分完全等价。接下来，我们给出另一个没有晶格QFT模拟的电路，但是，通过将费曼规则应用于电路，我们看到它也再现了正确的连续谱行为。最后，我们看看非阿贝尔规范场，表明离散时间格点QFT路径积分是完全等价的有限深度的本地电路。所有这些电路在晶格上都有一个类似光锥的东西，因此是量子元胞自动机的例子。除了这些电路潜在的实际好处，这一切都表明，路径积分方法晶格QFT不需要被忽视的物理学的量子模拟，并有一个简单的量子信息解释。
2020-07-24 hep-lat hep-th quant-ph
Adiabatic state preparation for digital quantum simulations of QED in 1 + 1D
本研究针对1+1维QED数字量子模拟的绝热态制备问题，发现现有绝热过程在特定参数下会因能级交叉无法正确制备基态，提出新的绝热哈密顿量并验证其在含拓扑θ项系统及弦断裂研究中的有效性。
2024-11-01 hep-lat hep-ph nucl-th
Solving Gauss's Law on Digital Quantum Computers with Loop-String-Hadron Digitization
我们表明，使用SU（2）格点规范理论（arXiv：1912.06133）的环弦强子（LSH）表述作为数字量子计算的基础，可以轻松地解决一个重要的基本问题：准确地实现规范不变性（或高斯定律）。我们首先讨论LSH希尔伯特空间在$d$空间维度上的结构，它的截断，以及它的量子比特数字化。规范理论模拟中的错误检测和减轻将受益于物理“神谕”，因此我们分解了标记规范不变波函数的电路。然后，我们分析了逻辑量子比特成本和纠缠门数涉及的协议。LSH基可以比Kogut-Susskind型表示基节省或花费更多的量子比特，这取决于基的数字化方式以及空间维度。许多其他明显的好处鼓励未来的研究应用这一框架。
2020-07-10 hep-lat hep-th quant-ph
Digital representation of continuous observables in Quantum Mechanics
本文提出将连续可观测量按进位制数字展开为具有离散谱的厄米算符，并分析数字算符的对易关系、数制对晶格表示的影响及自然出现的重整化问题。
2023-02-26 hep-lat math-ph math.MP
