Simulating spin chains using a superconducting circuit: gauge invariance, superadiabatic transport, and broken time-reversal symmetry
利用量子处理器对材料进行模拟是量子信息科学发展的一个重要方向。在这里，我们利用一个三角形自旋晶格与Dzyaloshinskiii-Moriya耦合的一个边缘和一个三能级系统驱动的三个字段在一个循环configuation模拟自旋输运效应之间的数学类比。我们发现，自旋输运效率，看到在三能级系统中的人口转移，增强超绝热性的条件得到满足时。我们的实验表明，由于规范不变性，非互易性和破缺的时间反演对称性的自旋晶格特性的现象可以在三能级系统中再现。
2021-09-24 quant-ph
Simulating quantum computation by contracting tensor networks
图的树宽是一个有用的组合度量，用来度量图与树的接近程度。证明了具有$T$门的量子线路，其底层图具有树宽$d$，可以在$T^{O(1)}\exp[O(d)]$时间内确定性地模拟，特别地，如果$d=O(\log T)$，则在$T$时间内是多项式的.在许多影响中，我们展示了对对数深度电路的有效模拟，其门仅适用于附近的量子位，这是大多数物理实现所满足的自然约束。我们还证明了Raussendorf和Briegel的单向量子计算（Physical Review Letters，86：5188- 5191，2001），一个具有很好物理实现前景的通用量子计算方案，如果其量子资源是从小树宽图中导出的，可以用随机算法有效地模拟。
2009-07-12 quant-ph
Simulating artificial one-dimensional physics with ultra-cold fermionic atoms: three exemplary themes
二十多年来，超冷原子系统已经形成了一个几乎完美的舞台，用于模拟不同的量子多体现象，并揭示其不明显且往往违反直觉的特征。由于对不同参数的极其精确的可控性，它们能够捕获不同的量子特性，这些特性以前只被认为是理论上的好奇心。在这里，我们从三个主观选择的趋势，目前正在积极的实验验证的角度来探讨好奇的一维量子世界的费米子的当前实验进展：（i）吸引相互作用的费米子混合物中的非常规配对，（ii）费米子系统受到人工自旋轨道耦合，（iii）费米子气体的原子具有高SU（N）对称性的内部状态。
2020-06-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Simulating a Chern Insulator with C = $\pm$2 on Synthetic Floquet Lattice
本研究提出一种具有C = $\pm$2的4带紧束缚Chern绝缘体模型，通过将其映射到合成Floquet格子并扩展能量泵浦与拓扑振荡方法进行数值模拟，成功提取Chern数并验证了相图，展示了量子计算平台模拟复杂拓扑物质的潜力。
2024-08-25 quant-ph
Quantum hardware simulating four-dimensional inelastic neutron scattering
以有限尺寸自旋系统为模型的磁性分子是量子现象的试验台，可能构成未来自旋电子器件、持久纳米级存储器或抗噪声量子计算平台的关键元件。非弹性中子散射是探测它们的首选技术，在原子尺度上表征分子本征态。然而，尽管可以可控地合成大的磁性分子，但由于经典计算机上所需资源的指数缩放，模拟它们的动力学和解释光谱测量是具有挑战性的。在这里，我们表明，量子计算机有可能有效地提取动力学相关性和相关的磁中子截面模拟原型自旋系统的量子硬件。我们确定的主要门错误，并显示我们的方法的潜在的可扩展性。中子散射和量子处理器的发展之间的协同作用将有助于为未来的应用设计自旋团簇。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum circuits for simulating neutrino propagation in matter
本文提出新颖门排列的量子电路，模拟中微子在恒定及变化物质密度中的传播，通过味基编码测量确定振荡概率，与理论预测高度一致。
2025-08-05 hep-ph quant-ph
Simulating Quantum Mechanics by Non-Contextual Hidden Variables
没有任何物理测量可以无限精确地进行。这在标准的禁止参数中留下了一个漏洞，用于反对非上下文隐藏变量。所有这些论点都依赖于选择一组特殊的量子力学观测值，这些观测值的测量结果不能在非上下文环境下模拟。因此，这些论点并不排除这样的假设，即物理测量的类别实际上对应于所有理论上可能的测量的密集子集，其结果和量子概率\emph{can}可以从非上下文隐变量模型中恢复。我们在这里表明，明确的建设，确实有这样的非上下文隐变量模型，无论是投影值和积极的运营商值的测量。
2000-05-29 quant-ph
Simulating Quantum Mechanics with a $θ$-term and an 't Hooft Anomaly on a Synthetic Dimension
规范理论中的拓扑$θ$项，包括3+1维的量子色动力学，产生了一个符号问题，使得经典的蒙特卡罗模拟不切实际。量子模拟不受这些符号问题的影响，是未来研究这些理论的一种有前途的方法。在短期内，研究保留一些感兴趣的物理现象的更简单的模型及其在量子硬件上的实现是有趣的。例如，在小空间环面上降维的规范理论产生的量子力学模型，尽管相对简单的解决，保留了有趣的真空和对称结构从父规范理论。在这里，我们考虑量子力学粒子在一个圆模型，通过降维1+ 1 d Schwinger模型，具有$θ$ -项，并实现了一个t Hooft异常或整体不一致性在$θ= π$。这些模型还实时显示了与之相关的自发对称性破缺和瞬子-反瞬子干涉现象。我们提出了一个实验方案的实时模拟粒子在一个圆形的$θ$ -长期和$\mathbb{Z}_n$潜在的使用一个合成的维度编码在一个里德伯原子。模拟里德伯原子与现实的实验参数，我们表明，基本的物理可以很好地捕获的实验，预期的行为，隧道速率作为$θ$的函数。类似的现象和观测量也可以出现在更复杂的量子力学模型中，这些模型通过降维与高维非阿贝尔规范理论相联系。
2022-05-06 hep-lat hep-ph hep-th
Simulating systems of itinerant spin-carrying particles using arrays of superconducting qubits and resonators
我们提出了超导量子位共振器阵列中巡游自旋粒子的量子模拟的可能途径。在最近的几项研究中考虑的标准Jaynes-Cummings-Hubbard设置可以很容易地用作许多相关现象的量子模拟器，包括与外部磁场的相互作用和自旋轨道耦合。在模拟中使用多个量子位和多个谐振器模式的更复杂的设置提供了更高的复杂性，包括模拟具有高自旋值的粒子，并允许更直接地控制与自旋轨道耦合相关的过程。这一建议可以在不久的将来在最先进的超导电路中实现。
2014-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulating dynamic quantum phase transitions in photonic quantum walks
动态量子相变（DQPT）是由物理观测量时间演化的非解析性所表征的，它出现在拓扑系统的猝灭动力学中，并具有由动态拓扑序参量（DTOPs）所描述的有趣的几何起源。在这项工作中，我们报告的实验研究DQPT使用离散时间量子行走的单光子。我们使用量子行走动力学模拟不同Floquet拓扑相位之间的淬火动力学，并通过基于干涉的测量实验表征DQPT和底层DTOP。多功能的光子量子行走平台，进一步使我们能够实验研究DQPT的混合状态和宇称时间对称的非幺正动力学的第一次。我们的实验直接证实了拓扑系统猝灭动力学中DQPT和DTOPs之间的关系，开辟了用离散时间量子行走动力学模拟突现拓扑现象的途径.
2018-06-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Ultracold atoms in superlattices as quantum simulators for a spin ordering model and phenomena
光晶格中的冷原子是物理学两个不同方面的应用：来自原子物理学的量子气体和来自量子光学的激光理论。它用于模拟凝聚态物理中的量子现象和模型是一个不断发展的领域。主要目标是在这些超晶格中使用冷的费米子原子进行模拟。我们在这里提出了一个理论建议，用费米子模拟自旋有序模型。我们证明了可果美晶格中双阱和共振价键（RVB）态中的超交换相互作用，这对于理解超导铜氧化物和其他磁阻挫材料的CuO2平面非常重要。
2013-06-05 cond-mat.quant-gas quant-ph
Simulating single-photon experiments with a quantum computer
本研究使用量子计算机模拟实验室中光子的行为，对比保护性与非保护性测量下的模拟结果与理论预测，揭示了量子计算机在模拟实际物理系统时的效率表现。
2025-08-12 quant-ph
Computational Methods for Simulating Quantum Computers
该文围绕模拟量子计算机展开，介绍了相关数值算法和软件，涵盖量子计算基本概念及算法，通过示例展示其在理想与物理模型中的应用。
2026-07-14 quant-ph
Quantum phenomena do not violate the principle of locality - a new interpretation with physical consequences -
非相对论性量子力学的一种新解释通过保持实在性和定域性原理来解释贝尔不等式的违反。
1997-06-18 quant-ph
Simulating the Schwinger Model with a Regularized Variational Quantum Imaginary Time Evolution
针对施温格模型模拟中经典算法的符号问题及现有VQA梯度优化的不足，提出正则化VQITE（rVQITE）方法，通过截断处理解决矩阵不可逆问题，数值模拟显示其性能更优、收敛更快，且相图与精确结果一致。
2024-09-20 quant-ph
Simulating thermodynamic properties of dinuclear metal complexes using Variational Quantum Algorithms
本文评估变分量子算法在双核金属配合物热力学模拟中的应用，证明其可有效模拟热态并分析低维分子磁性系统，为量子计算赋能材料科学奠定基础。
2024-10-25 quant-ph
Simulating challenging correlated molecules and materials on the Sycamore quantum processor
模拟复杂的分子和材料是量子器件的预期应用。强量子优势在人工任务中表现出来，我们研究如何将这种优势转化为相关电子结构的建模物理问题。我们模拟静态和动态的电子结构的超导量子处理器来自谷歌的Sycamore架构的两个代表性的相关电子的问题：固氮酶铁硫分子团簇，和$α$ -钌，一个近似的自旋液体材料。为此，我们将电子结构简化为适合器件的低能自旋模型。广泛的错误缓解和援助，从经典的模拟数据，我们实现了定量有意义的结果部署约1/5的门资源用于人工量子优势实验上类似的架构。当选择适合硬件的模型时，这增加到超过1/2的门资源。我们的工作是将人工测量的量子优势转化为物理相关的设置。
2022-03-29 quant-ph
Simulating the Transverse Ising Model on a Quantum Computer: Error Correction with the Surface Code
基于容错量子计算机的表面码实现，对一维量子横截面伊辛模型（TIM）基态能量的量子模拟所需的资源进行了估算.表面码方法具有已知最高的可容忍错误率（1%）之一，这使其成为目前最实用的量子计算方案之一。与使用级联Steane码的相同模型的结果相比，当前的结果表明，模拟时间是相当的，但是表面码的物理量子比特的数量比级联码的大2-3个数量级。考虑到表面码的错误阈值要求比级联码高四个数量级，考虑到当前的物理硬件能力，构建具有表面码实现的量子计算机似乎更有希望。
2013-03-29 quant-ph
Simulating the Hamiltonian of Dimer Atomic Spin Model of One Dimensional Optical Lattice on Quantum Computers
一维伊辛模型及其与若干物理概念的联系对理解若干原理、现象和数值方法起着至关重要的作用。由伊辛模型可以得到有磁场存在时耦合一维耗散自旋系统的哈密顿量。我们通过设计具有精确门测量的量子线路来模拟上述哈密顿量，并通过具有受控能量分离的不同$N$态使用IBMQ体验平台执行，其中我们可以检查耗散晶格系统中的量子同步。我们的结果显示了各种纠缠态之间的关系，不同的能量分离（$ω$）与自旋-自旋耦合（$λ$）之间的关系，以及保真度计算的几个迭代的模型使用。我们还利用VQE算法估计了Ising-Hamiltonian的基态和第一激发能态，并研究了最低能量值随体系层数的变化。
2022-01-05 quant-ph
Simulating Anderson localization via a quantum walk on a one-dimensional lattice of superconducting qubits
晶格无序下的量子行走导致了许多有趣的现象，如安德森局域化。虽然量子阱已经在各种光学和原子系统中实现，但它在超导量子比特中的实现仍然悬而未决。用超导量子比特模拟量子阱的主要挑战来自于这样一个事实，即片上超导量子比特不能在两个相邻的晶格位置之间跳跃。在这里，我们克服了这个障碍，并制定了一个计划，实现离散时间量子阱放置一对超导量子比特的每个网站的一维晶格和处理的激发作为步行者。它还表明，晶格无序可以引入和完全控制在这个方案通过调整量子比特参数。我们观察到一个明显的签名过渡到一个本地化的量子阱，从弹道制度的无序强度增加。最后，提出了一个八量子比特的实验，其中局域化和离域制度的签名可以用现有的超导技术检测。
2014-02-10 cond-mat.dis-nn quant-ph
Simulating quantum field theory with a quantum computer
即将到来的艾级数字计算机将进一步推进我们对量子色动力学的认识，但艰巨的挑战仍然存在。特别是，欧几里德蒙特卡罗方法不太适合研究强子碰撞中的实时演化，或者强子物质在非零温度和化学势下的性质。数字计算机可能永远无法精确模拟QCD和其他强耦合场论中的这种现象;量子计算机最终会做到这一点，尽管我不确定什么时候。量子场论的量子模拟的进展需要量子学家和场论学家的共同努力，尽管物理学的回报可能还很遥远，但现在就开始是值得的。今天的研究可以加速一个新时代的到来，在这个新时代中，量子模拟推动了基础物理学的快速发展。
2018-11-25 hep-lat hep-th quant-ph
Inefficiency of classically simulating linear optical quantum computing with Fock-state inputs
Aaronson和Arkhipov最近使用计算复杂性理论来论证经典计算机很可能无法有效地模拟具有任意Fock状态输入的线性、多模、量子光学干涉仪[Aaronson和Arkhipov，Theory Comput. 9，143（2013）]。在这里，我们提出了一个基本的论点，只利用量子光学技术。我们明确地构建这样的干涉仪的希尔伯特空间，并表明其尺寸与所有的物理资源呈指数级。我们还用一个简单的例子说明了量子理论的薛定谔和海森堡图像虽然在数学上等价，但在计算上一般是不等价的。最后，我们得出结论，我们的论点通过比较多粒子玻色子费米干涉仪的对称性要求，并使用简单的物理推理，连接的nonsimulatability的玻色子设备的计算永久的一个大矩阵的复杂性。
2014-02-18 quant-ph
Efficient quantum simulation of nonlinear interactions using SNAP and Rabi gates
针对玻色振子深强非线性耦合模拟难的问题，提出交替使用可调Rabi门与SNAP门的确定性模拟技术，可指数级降资源、高保真模拟高阶玻色相互作用，经光力学系统验证有效，助力复杂量子模拟与量子计算发展。
2023-12-15 quant-ph
Simulating ultrastrong-coupling processes breaking parity conservation in Jaynes-Cummings systems
提出了利用强耦合系统对光-物质超强耦合现象进行有效模拟的方法。最近的理论和实验表明，量子拉比哈密顿量可以模拟一个Jaynes-Cummings系统与两个经典驱动器。这允许实现不保存激励总数的非线性过程。然而，宇称仍然是量子拉比哈密顿量中的一个守恒量，这禁止了一系列涉及虚跃迁的过程打破这一守恒。在这里，我们表明，这些宇称非守恒过程可以模拟，这可以在一个更简单的设置：一个Jaynes-Cummings型系统与一个单一的经典驱动器。通过将范式从模拟特定的模型转移到模拟特定的过程，我们能够实现比以前的模拟方法更广泛的非线性相干协议族，并且使用更少的资源和约束。我们集中我们的分析在三个特定的例子：一个原子激发两个光子，频率转换，和一个单光子激发两个原子。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Quantum algorithm for simulating non-adiabatic dynamics at metallic surfaces
Xanadu；University of Toronto（多伦多大学）
本研究提出了一种量子算法，用于高效模拟分子-金属界面的非绝热动力学，展示了其在现实模型系统中的低实现成本和应用潜力。
2026-02-26 quant-ph
Many-Body Physics with Trapped Ions
由于在自然复杂的环境中缺乏对相关参数的精确控制，因此无法直接实验获得一些最有趣的量子现象。在传统计算机上模拟它们是不可能的，因为叠加态或纠缠产生的量子行为不能有效地翻译成经典语言。然而，人们可以通过实验模拟另一个量子系统中感兴趣的量子行为来更深入地了解复杂的量子动力学，在另一个量子系统中，可以控制相关参数和相互作用，并充分检测到鲁棒效应。本文报道了用囚禁离子模拟量子多体物理的实验研究进展。
2011-06-14 quant-ph
Defining what is Quantum: Not all what matters for physical phenomena is contained in space-time
有人认为，三个主要的量子解释，哥本哈根，德布罗意-玻姆，和多世界，支持原则Q（量子）：不是所有重要的物理现象都包含在时空中。这一原则也是玻恩法则的基础。因此，Q原则可能是“从更基本的原则”定义量子的最佳方式。
2019-05-13 physics.hist-ph quant-ph
A positive tensor network approach for simulating open quantum many-body systems
开放多体量子系统在量子光学和凝聚态物理中扮演着重要的角色，并且捕获了诸如输运、哈密顿和非相干动力学之间的相互作用以及由耗散产生的拓扑秩序等现象。介绍了一种通用的和实用的方法来数值模拟一维开放量子多体动力学使用张量网络。它基于以局部纯化形式表示混合量子态，这保证了正性始终保持。此外，逼近误差相对于迹范数被控制。因此，该方案克服了已知的数值开放系统的发展计划的各种障碍。为了验证该方法的功能，我们研究了各种开放量子系统的定态和瞬态耗散行为，从几个到许多机构。
2015-09-18 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Simulating quantum operations with mixed environments
我们研究了实现一般量子操作所需的物理资源，并提供了新的边界上的最小可能的大小，一个环境必须为了执行某些量子操作。我们证明了与之前的猜想相反，并非所有单量子比特上的量子操作都可以在单量子比特环境中实现，即使该环境最初是在混合状态下准备的。我们表明，一个混合的单qutrit环境是足以实现一类特殊的操作，广义去极化通道。
1998-11-12 quant-ph
Noisy Probabilistic Error Cancellation and Generalized Physical Implementability
本文将物理可实现性推广至实验可用的量子态与操作的任意凸集，在广义框架内分析了含噪 Pauli 操作实现无噪误差消除及偏差，并建立了其与多种量子信息度量的联系，增强了概率误差消除的实用性。
2025-07-16 quant-ph
Entanglement and inequality of forward and reversed processes as a physical base of nonlinear phenomena in optics
讨论了纠缠概念与光学中非线性现象起源之间的联系。
2004-03-22 hep-ph nlin.PS physics.gen-ph
Progress towards quantum simulating the classical O(2) model
我们明确连接的经典$O(2)$模型在1+1维，一个模型共享的重要功能与$U(1)$格点规范理论，物理模型可能实现的光晶格和物理时间的演变。使用张量重整化群公式，我们采取的时间连续极限和检查，在最近的量子模拟器的建议中使用的有限维投影提供可控的近似原始模型。我们提出了强耦合下对应于这些有限维投影的两种玻色-哈伯德模型，并讨论了它们在光晶格上使用$^{87}$ Rb和$^{41}$ K玻色-玻色混合物的可能实现。
2014-11-25 cond-mat.stat-mech hep-lat quant-ph
Simulating complex quantum networks with time crystals
晶体是由于空间平移对称性的破坏而产生的。类似地，平移对称性也可以在时间上被打破，从而出现离散的时间晶体。在这里，我们介绍了一种方法来描述，表征和探索与物质的这一阶段使用图论工具的物理现象。图形的分析允许可视化时间晶体顺序并分析量子系统的特征。例如，我们详细探讨了熔化过程的极小模型的周期-2离散时间晶体，并描述它在相关的图形结构的演变。我们发现，在熔化过程中，网络的演化表现出紧急优先连接机制，直接与无标度网络的存在。因此，我们的策略使我们能够提出一个以前未探索的时间晶体作为复杂量子网络的量子模拟器的深远应用。
2020-11-12 cond-mat.dis-nn quant-ph
Methods for Classically Simulating Noisy Networked Quantum Architectures
随着构建可扩展量子计算机的研究取得进展，能够证明其正确性非常重要。由于经典模拟量子计算的指数硬度，通过经典模拟直接验证失败。然而，我们可以经典地模拟小规模量子计算，因此我们能够测试设备在该领域的行为是否符合预期。当我们扩展到无法再模拟的尺度时，这是对预期的量子优势获得信心的第一步。现实设备由于其架构而具有限制，并且由于物理缺陷和噪声而具有限制。在这里，我们通过考虑这些影响来扩展通常的理想模拟。我们提供了一个通用的方法来构建逼真的模拟仿真的物理系统，这将提供一个基准的现实设备，并指导实验研究在追求量子优势。我们通过模拟网络架构和相应的噪声模型，特别是在网络量子信息技术中心（NQIT）开发的设备，来验证我们的方法。对于我们的模拟，我们使用适当的修改，经典的模拟器的Bravyi和Gosset。所考虑的具体问题属于瞬时量子多项式时间（IQP）问题，一类被认为是很难的经典计算设备，是一个很有前途的候选人的第一次演示量子优势。我们首先考虑IQP的一个子类，由Bermejo-Vega等人定义，涉及二维动态量子模拟器，然后移动到更一般的IQP实例，但仍然限于NQIT的架构。
2019-11-15 quant-ph
Exponential Quantum Speedup for Simulating Classical Lattice Dynamics
本文提出将经典谐振晶格动力学改写为稀疏哈密顿量支配的薛定谔方程，利用量子模拟实现对原子数N的指数加速，并借助矩阵值Fejér Riesz定理高效构造具有平移不变性的哈密顿量。
2025-04-07 quant-ph
Simulating quantum emitters in arbitrary photonic environments using FDTD: beyond the semi-classical regime
提出一种将量子二能级系统集成到FDTD框架的算法，通过TF-IF技术消除自相互作用，实现任意三维光子环境中量子发射的精确模拟，并支持超辐射等复杂现象。\n
2025-02-25 physics.app-ph physics.atom-ph physics.comp-ph
Collective dynamics Using Truncated Equations (CUT-E): simulating the collective strong coupling regime with few-molecule models
超越简单量子发射体系综模型的分子极化激元研究（例如，Tavis-Cummings）是具有挑战性的，这是由于这些系统的大维度（分子发射体的数目是$N\approx 10^{6}-10^{10}$）和分子电子和核自由度的复杂相互作用。这种复杂性限制了现有的模型，要么粗粒度的丰富的物理和化学的分子自由度，或人为地限制描述的一小部分分子。在这项工作中，我们利用置换对称性，以大大降低计算成本的\textit{ab-initio}量子动力学模拟大型$N$。此外，我们发现了一个紧急层次的时间尺度存在于这些系统中，证明了使用的\textit{effective}单分子近似捕获整个系综的动态，一个近似，成为精确的$N\rightarrow \infty$。我们还系统地推导出有限的$N$修正的动力学，并表明，除了$k$额外有效的分子是足以占的现象，其速率规模为$\mathcal{O}(N^{-k})$。基于这一结果，我们讨论了如何无缝地修改现有的单分子强耦合模型来描述相应的系综的动力学，以及每个模型预测的现象的关键差异。我们称这种方法为集体动力学使用截断方程（CUT-E），基准它对众所周知的结果极化激元弛豫率，并应用它来描述一个通用的腔辅助能量泛函机制之间的不同分子物种。除了是一个计算效率高的工具，这种形式主义提供了一个直观的图片，了解明亮和黑暗的状态在化学反应中的作用，必要的极化激元化学产生强大的战…
2022-10-11 physics.chem-ph quant-ph
Quantum lattice Boltzmann method for simulating nonlinear fluid dynamics
针对非线性流体动力学量子算法开发难题，提出结合格子玻尔兹曼方法与格子气元胞自动机优势的量子格子玻尔兹曼方法，经基准算例验证与直接数值模拟高度吻合，为相关非线性问题量子算法研发提供参考。
2025-02-23 nlin.CG physics.comp-ph physics.flu-dyn
Coherent-State Propagation: A Computational Framework for Simulating Bosonic Quantum Systems
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出相干态传播方法，用于模拟玻色子系统，通过稀疏叠加相干态在薛定谔图像中实现计算，证明了在弱非线性情况下可实现多项式时间模拟，且在强非线性情况下可实现准多项式时间模拟。
2026-04-21 cs.CC quant-ph
Experimentally simulating the dynamics of quantum light and matter at ultrastrong coupling
描述光与物质之间基本相互作用的量子拉比模型是量子物理学的基石。它预测奇异的现象，如量子相变和基态纠缠在超强耦合（USC）制度，耦合强度可比的子系统能量。尽管在许多实验平台上取得了进展，但达到USC的少数实验仅限于光谱学：证明USC动力学仍然是一个突出的挑战。在这里，我们采用一个电路QED芯片与谐振器和transmon量子比特之间的适度耦合，实现精确的数字量子模拟的USC动力学。我们通过使用多达90个二阶Trotter步骤并在组合的Hilbert空间维度$\sim80$中探测两个子系统来推进固态数字量子模拟的最新技术，展示了Schrödinger-cat纠缠和深USC的大光子数特征。这项工作打开了大门，探索极端USC制度，量子相变和多体效应的迪克模型。
2016-10-31 cond-mat.supr-con quant-ph
The walk-sum method for simulating quantum many-body systems
提出了一种研究相互作用量子多体系统实时动力学的行走和方法。行走和方法生成显式表达式的任何期望的片段的演化算子U独立于任何其他。以固定的阶数计算任何这样的块的计算成本随着粒子的数量多项式地增长。走和法适用于存在长程相互作用的系统和任何几何形状。我们通过两个物理系统来说明该方法。
2014-04-15 math-ph math.MP quant-ph
Matrix-product-state approach for qubits-waveguide systems in real space
Institute for Liberal Arts, Institute of Science Tokyo（东京科学大学人文学部）；Department of Physics, The University of Tokyo（东京大学物理学系）
本文提出了一种基于矩阵积态的数值方法，用于模拟量子比特-波导系统，通过实空间建模和单 site 方案处理玻色子自由度，展示了超辐射现象的模拟能力。
2026-01-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nature's Cost Function: Simulating Physics by Minimizing the Action
ML Collective（ML 集体）；MIT（麻省理工学院）
在物理学中，有一个标量函数称为动作，它的行为类似于成本函数。当最小化时，它产生“最小作用路径”，表示物理系统在空间和时间中的路径。该函数在理论物理中至关重要，通常通过解析最小化来获得各种问题的运动方程。在本文中，我们提出了一种不同的方法：而不是最小化的行动分析，我们离散化，然后直接最小化梯度下降。我们使用这种方法来获得六个不同的物理系统的动力学，并表明它们几乎是相同的地面实况动态。我们讨论了故障模式，如无约束能量效应，并说明如何解决这些问题。最后，我们利用离散化的作用量构造了一个简单而新颖的量子模拟。
2023-03-03 cond-mat.dis-nn cs.LG physics.comp-ph
Simulating open quantum many-body systems using optimised circuits in digital quantum simulation
数字量子计算机是模拟开放量子多体系统的理想平台。通过模拟封闭量子系统的时间动力学或变分方法来获得基态是许多研究的重点。然而，开放量子系统的动力学没有得到太多的关注，原因是它们的非幺正动力学不自然地在量子计算中的一组幺正门操作上进行模拟。本文研究了具有Trotterisation的开放量子系统中修正随机薛定谔方程（MSSE）的原型模型.最小化MSSE中的前导误差使得能够优化量子线路，并且我们使用无噪声的\textit{quantum assembly language (QASM) simulator}和有噪声的IBM Quantum设备运行优化的电路。该\textit{QASM simulator}能够研究可达到的系统大小，这是可比的经典计算机的限制。结果表明，成功地获得了开放量子系统中的非平衡临界现象。此外，我们在IBM Quantum设备上运行该算法，表明当前的机器具有挑战性，由于噪声，要给出定量准确的时间动态。尽管有误差，IBM设备的结果定性地遵循临界行为的趋势，并包括一个可能性，以证明量子优势时，噪音减少。我们讨论了多少噪声应减少一定的保真度使用的噪声模型，这将是至关重要的，以证明从未来的量子器件的量子优势。
2022-03-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating Quantum Physics Experiments One Event at a Time
Jülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum Jülich（于利希超级计算中心，于利希研究中心）
本文提出逐事件模拟（EBES）框架，通过因果驱动的确定性学习机以离散事件方式生成数据，解决量子测量悖论，并高效模拟超出标准量子理论范围的实验现象。
2026-09-15 physics.comp-ph physics.hist-ph quant-ph
Pairing-based graph neural network for simulating quantum materials
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
提出基于配对的图神经网络增强BCS型波函数，通过变分蒙特卡洛方法准确模拟多电子系统，成功预测二维半导体电子-空穴双层中的多种相互作用诱导相。
2023-11-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el cs.LG
Simulating the classical XY model with a laser network
从统计模型的玻尔兹曼分布中提取公平的样本对于现代数字计算机来说是一项具有挑战性的任务。我们提出了一个物理实现的玻尔兹曼采样器的经典XY模型，通过使用激光网络。XY自旋被映射到光纤环形腔中多个激光脉冲的相位上，相位的稳态分布自然地实现了相应XY模型的玻尔兹曼分布。我们实验实现了激光网络，通过使用主动锁模光纤激光器与光延迟线，并演示了玻尔兹曼采样的一维XY环。
2016-08-01 physics.optics quant-ph
Simulating plasma wave propagation on a superconducting quantum chip
Rigetti Computing（瑞吉蒂计算）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文通过超导量子芯片演示线性等离子体波传播，利用本地自旋模型实现高效模拟，为研究非线性量子动力学等复杂现象提供新途径。
2026-03-01 physics.plasm-ph quant-ph
Numerical Simulation of Critical Quantum Dynamics without Finite Size Effects
经典的$(1+1)D$元胞自动机，例如Domany-Kinzel元胞自动机，是研究非平衡现象的典范系统。这样的系统在离散的时间步长中演化，因此没有时间离散化误差。此外，临界现象的信息可以通过模拟初始种子的演化来获得，该初始种子在任何有限的时间仅在有限的光锥上得到支持。这允许基本上数值精确的模拟，没有有限大小的误差或边界效应。在这里，我们展示了如何类似的优势，可以获得在量子制度：多体临界动力学发生在$(1+1)D$量子元胞自动机的吸收状态时，可以直接在一个无限的晶格从种子初始条件。这可以通过使用张量网络模拟相关的一维非幺正量子元胞自动机的动力学来有效地实现。我们将我们的方法应用到最近推出的模型中，并找到了普适指数的精确值，这表明这种方法可以成为精确分类量子系统中非平衡普适物理的有力工具。
2020-10-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Towards overcoming the entanglement barrier when simulating long-time evolution
失去平衡的量子多体系统提出了物理学中一些最有趣的问题。不幸的是，数值跟踪下的哈密顿动力学状态的时间演化构成了一个严峻的挑战，所有已知的方法。突出的是，张量网络方法被纠缠爆破破坏，这允许模拟仅在恒定时间内全局猝灭的系统。在这项工作中，我们提出了一个计划，允许显着延长相互作用的费米子或等效自旋系统的模拟时间。在过去，当跟踪一维实空间中的演化时，由满足面积定律的实空间矩阵乘积状态参数化的子空间-通常被称为希尔伯特空间的“物理角”-被选为变分集。相比之下，如果选择同时包含张量网络态和费米子模式变换的流形，则可以实现显着更长的时间。我们认为，我们的研究结果表明，在许多情况下，这是真正的模式之间的相关性，是实际的限制因素：手头的系统是中间时间包含在“物理角落”，但一个不同的一个比通常假设的。
2019-04-26 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Simulating the Kibble-Zurek mechanism of the Ising model with a superconducting qubit system
Kibble-Zurek机制（KZM）预测了从宇宙学到凝聚态和量子材料的系统中相变动力学过程中产生的拓扑缺陷密度。KZM与Landau-Zener跃迁（LZT）之间的相似性正在被广泛利用，Landau-Zener跃迁是现代物理学中描述某些非平衡物理动力学的标准工具。本文证明了伊辛模型中的KZM与超导量子比特系统中的LZT之间的等价性。我们发展了一种时间分辨的方法来研究LZT的量子动力学与纳秒分辨率。通过使用这种技术，我们用LZT模拟了伊辛模型中KZM的关键特征，例如，绝热区与脉冲区的分界线，脉冲区的冻结现象，特别是激发态布居数与猝灭速率平方根的标度律。我们的研究结果提供了实验证据的KZM和LZT，两个教科书范式之间的密切联系，以研究非平衡现象的动力学。
2016-02-10 cond-mat.other quant-ph
Framework for simulating gauge theories with dipolar spin systems
规范理论广泛地出现在物理学中，从粒子物理学的标准模型到凝聚态拓扑系统的长波长描述。然而，具有符号问题的系统在很大程度上无法进行经典计算，并且也超出了当前数字量子硬件的限制。在这项工作中，我们开发了一个模拟的方法来模拟规范理论的实验装置，采用偶极自旋（分子或里德伯原子）。我们考虑分子固定在空间中，通过偶极-偶极相互作用相互作用，避免了对巡回自由度的需要。每个分子代表一个位置或规范自由度，高斯定律通过位置和内部状态能量的直接和程序化调整来保持。这种方法可以被视为模拟系统编程的一种形式，并为近期的量子模拟指明了前进的道路。作为第一步，我们在（1+1）维U（1）量子链模型的小系统研究中数值验证了这个方案，其中链自旋S = 1/2和S = 1，并说明了如何在近期实验中观察到动力学现象，如弦反转和弦断裂。我们的工作汇集了来自原子和分子物理学，凝聚态物理学，高能物理学和量子信息科学的方法，用于规范理论中非微扰过程的研究。
2020-09-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el hep-lat
Simulating (2+1)D SU(2) Yang-Mills Lattice Gauge Theory at finite density with tensor networks
本研究利用无符号问题的张量网络，模拟了含动力学物质与硬核胶子的(2+1)维SU(2)杨-米尔斯格点规范理论，刻画了不同重子数下随夸克质量与色荷变化的相图，发现重子液相及转变边界处的退禁闭、拓扑序迹象。
2024-07-12 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-lat
