Digital quantum simulators in a scalable architecture of hybrid spin-photon qubits
解决量子多体问题是物理学和物理化学中最大的挑战之一，因为使用经典计算机需要非常大的计算资源。通过直接模拟通过应用于量子位阵列的量子门的序列的时间演化，即通过实现数字量子模拟器，已经预见了一种解决方案。超导电路和谐振器正在成为量子计算架构的一个非常有前途的平台，但目前缺乏一个直接可扩展、通用和可实现的数字量子模拟器提案。在这里，我们提出了一个可行的方案来实现一个通用的量子模拟器与混合自旋光子量子比特的超导谐振器阵列，这是本质上可扩展的，并允许本地控制。作为代表性的例子，我们考虑的横向场伊辛模型，自旋1哈密顿量，和二维哈伯德模型，对于这些，我们数值模拟的计划，包括退相干的主要来源。此外，我们展示了如何规避潜在的有害影响的非均匀加宽的自旋系统。
2015-04-22 quant-ph
Quantum Information Scrambling: From Holography to Quantum Simulators
在这篇综述中，我们提出了正在进行的发展，在弥合全息术和实验之间的差距。为此，我们讨论了基于Gao-Jafferis-Wall虫洞隐形传态的信息置乱和量子隐形传态模型。我们回顾了基本的基础知识，并总结了一些最近的工作，到目前为止，在量子模拟器实现类似的模型在实验室中的全息图的目标。
2022-05-17 hep-th quant-ph
Chiral spin currents in a trapped-ion quantum simulator using Floquet engineering
拓扑保护量子态最典型的成分是磁通量。在自旋系统中，如果复值相互作用参数的相位沿闭合回路加起来不为零，则它们会产生通量。在这里，我们应用周期性驱动，量子工程的一个强大的工具，捕获离子量子模拟器，以产生这样的自旋-自旋相互作用。我们考虑一个简单的驱动方案，由一系列重复的局部淬火场，并证明了这种方法的可行性，通过研究一个小系统的动力学。手征自旋流的出现是磁通量的一个标志，在实验中可以得到。引人注目的是，我们发现，在参数制度，在没有通量，声子激发显着降低自旋模型模拟的保真度，自旋动力学仍然广泛不受声子通量时存在。
2017-08-06 quant-ph
Universalizing Analog Quantum Simulators
酉采样期望值重建（USER）用于确定在模拟量子模拟器上不能直接访问的期望值。
2022-03-30 physics.comp-ph quant-ph
A quantum circuit simulator and its applications on Sunway TaihuLight supercomputer
量子计算的经典模拟对于验证量子器件和评估量子算法至关重要。本文介绍了一个在神威太湖之光超级计算机上开发的新的量子线路模拟器。与其他模拟器相比，本模拟器有两个不同之处。首先，我们的模拟器更通用。该模拟器由三个相互独立的部分组成，分别用不同的方法计算量子态的全振幅、部分振幅和单振幅。它具有模拟噪声影响的功能，支持更多种类的量子操作。其次，我们的模拟器是高效率的。该模拟器采用两级并行结构，在分布式众核Sunway TaihuLight超级计算机上高效实现。随机量子线路可以分别用40、75和200个量子比特在全幅、部分幅和单幅上进行模拟。作为模拟器的示例性应用，我们给出了一个量子快速泊松求解器和一个计算超越函数的量子算法。我们的模拟器有望在各个领域的量子算法开发中有更广泛的应用。
2020-08-17 quant-ph
Quantum Simulator Based on the Paraxial Wave Equation
本文提出一种仅用光纤或超材料的傍轴量子模拟器，理论验证其可精确模拟量子动力学与量子效应，并有望扩展至多体系统、量子计算及PT对称技术。
2023-08-14 quant-ph
Spin many-body phases in standard and topological waveguide QED simulators
量子自旋模型在许多不同的领域都有应用，如自旋电子学、高温超导，甚至复杂的优化问题。然而，研究它们的多体行为，特别是在挫折的存在下，代表了一个突出的计算挑战。为了克服这个问题，人们建立了基于冷原子和离子的量子模拟器，揭示了许多重要的现象。不幸的是，这些模拟器所涵盖的模型受到这些系统中自然出现的交互类型的限制。波导QED装置最近被指出是一个强大的替代方案，由于调解更多功能的自旋-自旋相互作用的可能性与可调的符号，范围，甚至手征。然而，尽管它们具有潜力，但从这些系统中出现的多体相几乎没有被探索过。在这篇手稿中，我们填补了这一空白，分析基态的一般类自旋模型，可以得到这样的波导QED设置。重要的是，我们发现了与其他平台不同的新的多体相，例如，具有大周期磁序的磁保护拓扑相位，并解释探测它们所需的测量。
2021-10-15 cond-mat.other quant-ph
Boson-mediated quantum spin simulators in transverse fields: XY model and spin-boson entanglement
自旋与长波玻色子模的耦合是设计长程自旋-自旋相互作用的重要手段，并且已经在各种平台上实现，例如光学腔中的原子和捕获的离子。到目前为止，大多数实验的重点是实现远程伊辛模型，但推广到其他自旋模型是非常可取的。在这项工作中，我们探索了一个以前没有意识到的连接之间的实现XY模型的非共振驱动的单边带玻色子激发（即~单束Mølmer-Sørensen方案）和玻色子介导的Ising模拟器。特别地，我们证明了这两种方案在适当定义的旋转坐标系下具有相同的有效哈密顿量，并通过截断Magnus级数和数值模拟分析了突现有效XY自旋模型.除了XY自旋-自旋相互作用可以从朴素的伊辛自旋-自旋耦合常数非微扰重整化之外，我们还发现了一个有效的横向场，它依赖于玻色子的热能，以及其他自旋-玻色子耦合，这些耦合导致自旋-玻色子纠缠在任何时候都不会消失。在玻色子介导的横场伊辛模拟器的情况下，我们讨论了从横场伊辛类到XY类自旋行为的交叉作为场强的函数。
2016-10-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Simulating Meson Scattering on Spin Quantum Simulators
针对量子模拟器中强子波包制备的难题，提出两种基于Ising自旋哈密顿量模拟器的复合粒子波包制备方法，经数值验证可实现高保真波包，并观测到具有显著实验信号的非弹性散射区域，为近期量子模拟高能碰撞提供了可行方案。
2025-06-08 cond-mat.quant-gas hep-ph nucl-th
Noise robustness of problem-to-simulator mappings for quantum many-body physics
本文证明 Trotter 化、Floquet-Magnus 展开等“问题到模拟器”映射在噪声下仍能稳定确定局域观测量，精度与系统尺寸无关且随噪声率次线性标度，为量子模拟器在弱纠错条件下求解多体物理问题提供理论依据。
2025-09-22 quant-ph
Benchmarking Quantum Simulators
时间平均混合态等价（TAME）是用来基准量子模拟器与经典的计算资源。经典的计算是可行的，即使直接计算的实时动态是昂贵的。
2021-10-25 physics.comp-ph quant-ph
Effect of defects on the phonons and the effective spin-spin interactions of an ultracold Penning trap quantum simulator
我们推广的正常模式的分析旋转离子库仑晶体中的潘宁陷阱，允许在系统中的不均匀性。我们的正式发展是完全一般的，但我们选择检查晶体的Be+离子与BeH+缺陷比较，与目前的实验努力。我们研究了经典的声子模式（横向和平面），我们确定了有效的自旋-自旋相互作用时，系统是由轴向自旋相关的光偶极力驱动。我们检查高达约15%缺陷的情况。我们发现，大多数属性并没有强烈的影响，由缺陷，表明存在少量的缺陷不会显着影响实验。
2013-09-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Entanglement in a 3-spin Heisenberg-XY chain with nearest-neighbor interactions, simulated in an NMR quantum simulator
研究了具有最近邻Heisenberg-XY相互作用的三自旋链在不同初态下的纠缠演化。在一个NMR实验中，我们从初始的可分离的伪纯态开始，通过模拟最近邻XY相互作用在一个3自旋线性链的核自旋量子比特产生多体纠缠态。为了模拟XY相互作用，我们遵循Zhang等人[Phys.Rev.A72，012331（2005）]的代数方法。利用XY哈密顿量的幺正演化产生了端量子比特之间的Bell态。为了生成W态和GHZ态，在XY哈密顿量的幺正演化之后，分别对第二个和所有三个量子比特施加单个量子比特旋转。
2011-09-09 quant-ph
Quantum Spacetime on a Quantum Simulator
我们在实验上模拟了自旋网络--普朗克水平上量子时空的基本描述。我们通过模拟量子四面体及其相互作用来实现这一点。这些量子四面体的张量积构成了自旋网络。在这一通过量子信息处理研究量子时空的初步尝试中，我们在一个四量子比特的核磁共振量子模拟器上，模拟了量子时空相互作用的基本模块--由五个量子四面体组成。通过测量相应量子四面体的几何性质并模拟它们之间的相互作用，我们的实验可以作为量子时空自旋网络表述中Feynman图顶点的基本模块。
2017-12-23 gr-qc hep-th quant-ph
Quantum-gas microscopes - A new tool for cold-atom quantum simulators
这篇“展望”论文简要概述了量子气体显微镜的最新发展，以及它们如何用于构建下一代冷原子量子模拟器。
2016-06-23 cond-mat.quant-gas quant-ph
Rabi Lattice models with discrete gauge symmetry: phase diagram and implementation in trapped ion quantum simulators
我们研究的自旋玻色子链，表现出局部Z2对称性。利用微扰理论、平均场论和密度矩阵重整化群方法研究了该模型的量子相图。我们的计算表明，在玻色子量子动力学慢于自旋-自旋相互作用的区域存在一级相变。我们的模型可以用俘获离子量子模拟器来实现，从而实现显示局部规范不变性和一阶相变的极小模型。
2015-03-16 physics.atom-ph quant-ph
Practical Entanglement Estimation for Spin-System Quantum Simulators
我们提出了实用的方法来测量纠缠的量子模拟器，可以实现与被困离子，冷原子，超导量子比特。专注于长距离和短距离伊辛型哈密顿量，我们介绍了适用于实际实验条件下的方案，包括混合性，例如，噪音或温度。特别是，我们确定了一个单一的观察，其期望值作为一个下界纠缠，这可能是由一个简单的量子线路。由于这样的电路（尚未）可用于每个平台，我们调查的性能，定期测量的可观测量作为定量纠缠证人。可能的应用包括临界系统中纠缠缩放的实验研究和量子模拟器的可靠基准测试。
2015-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
dqc_simulator: an easy-to-use distributed quantum computing simulator
Heriot-Watt University（赫瑞-瓦特大学）
本文提出dqc_simulator，一个Python编写的新型模拟工具，自动化了分布式量子计算模拟的关键步骤，便于创建可靠的全栈测试和基准。
2026-10-08 quant-ph
Detector Readout of Analog Quantum Simulators
量子模拟的一个重要步骤是测量模拟模型的多体关联。对于由有限个量子比特和腔组成的实际量子模拟器，与热力学极限下的理想多体系统相比，测量装置会对模拟器产生强烈的反作用，从而影响关联函数的准确读出.在这里，我们计算耦合到模拟量子模拟器的探测器的读出。我们表明，可靠的表征的多体相关性的模拟器可以实现时，耦合算子服从威克定理。我们的结果说明了两个例子：一个模拟器的谐振子和一个模拟器的自由电子气体。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon mediated quantum spin simulator employing a planar ionic crystal in a Penning trap
我们推导了在Penning阱中旋转库仑离子晶体的简正模，计算了运动自由度，并说明了它们如何在自旋相关的光偶极力的驱动下在具有数百个自旋的三角形晶格上产生量子自旋模拟器。对轴向模式（垂直于二维晶面的振荡）的分析遵循标准的简正模式分析，而其余的平面模式分析起来更复杂，因为它们在旋转框架中具有速度依赖性力。在将正常模式量子化为声子之后，我们说明了一些不同的自旋-自旋相互作用，这些相互作用可以通过自旋依赖的光学偶极力将运动自由度与自旋自由度纠缠而产生。除了众所周知的幂律依赖的自旋-自旋相互作用时，驱动轴向模式的声子带的蓝色，我们注意到某些参数制度，其中自旋之间的挫折水平可以通过驱动轴向或平面声子模式在不同的能量工程。这些系统可以允许具有大量自旋的量子自旋玻璃的模拟仿真。
2012-11-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Intrinsic anharmonic effects on the phonon frequencies and effective spin-spin interactions in a quantum simulator made from trapped ions in a linear Paul trap
线性Paul阱中离子间的库仑排斥作用使势能在平衡位置附近展开时产生非谐项。我们研究这些非谐项的量子模拟器的准确性从被困离子的效果。具体地说，我们考虑线性链的$\text{Yb}^{171+}$离子稳定接近之字形过渡。我们发现，对于典型的实验温度，频率的变化不超过一个因素的$0.01\%$由于非谐耦合。此外，在有效的自旋-自旋相互作用（由自旋相关的光偶极力驱动）的偏移也往往是小的失谐到蓝色的横向质心频率。然而，失谐的自旋相互作用附近的其他频率可以导致不可忽略的非谐贡献的有效自旋-自旋相互作用。我们还研究了一个奇怪的行为所表现出的谐波自旋-自旋相互作用的范围内的中间失谐，其中最近的邻居自旋与离子链上的一个较大的空间分离的相互作用比最近的邻居与一个较小的空间分离更强烈。
2014-06-20 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Classical simulators of quantum computers and no-go theorems
它被讨论，为什么经典的量子计算机模拟器逃脱一些不去的索赔，如Kochen-Specker，贝尔，或最近的康威-Kochen“自由意志”定理。
2006-06-13 cs.OH quant-ph
Machine learning design of a trapped-ion quantum spin simulator
囚禁离子已经成为物理学各个领域感兴趣的相互作用自旋模型的量子模拟的最高质量平台之一。在这样的模拟器中，两个有效的自旋可以通过耦合到离子的集体振动或声子状态而以任意强度相互作用，由精确调谐的激光束控制。然而，确定给定自旋-自旋相互作用图所需的激光控制参数的任务是一种类型的逆问题，其在数学上可能是高度复杂的。在本文中，我们适应了现代机器学习技术开发的类似的逆问题的任务，找到激光控制参数的一些相互作用的图形。我们证明，典型的图形，形成规则的晶格感兴趣的物理学家，可以很容易地产生多达50个离子使用一个GPU工作站。机器学习方法的缩放表明，这可以通过适度的额外计算工作扩展到数百个离子。
2019-10-06 cond-mat.str-el quant-ph
Simple Quantum State Encodings for Hybrid Programming of Quantum Simulators
特别是稀疏的量子态可以用简单的经典数据结构有效地编码。我们展示了使用经典数据库对量子态进行编码的可行性，并提出了进一步优化量子模拟的方法，以更简单的“半量子”电路为目标。
2022-04-23 quant-ph
Psitrum: An Open Source Simulator for Universal Quantum Computers
量子计算是一种能够彻底改变信息处理的技术的激进的新范式。通用量子计算机的模拟器对于理解当前有噪声的中尺度量子处理器的基本原理和操作以及构建未来的容错量子计算机具有重要意义。在这项工作中，我们提出了模拟通用量子计算机引入Psitrum -一个通用的门模型量子计算机模拟器上实现的经典硬件。该模拟器允许以量子线路的形式模拟和调试用于许多应用的量子算法，并选择添加各种噪声模块来模拟量子线路中的退相干。Psitrum允许模拟所有基本的量子操作，并提供各种可视化工具。模拟器允许在N量子比特实现的量子线路的每个级M处追踪出所有可能的量子态。Psitrum软件和源代码可在以下网址免费获得：（github.com/moghadeer/Psitrum）。
2023-02-24 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
Observation of a many-body-localized discrete time crystal with a programmable spin-based quantum simulator
离散时间晶体（DTC）是最近发现的一种自发打破时间平移对称性的物质相。无序诱导的多体局域化需要稳定的DTC任意时间，但这种本地化制度的实验研究已被证明是难以捉摸的。在这里，我们观察到的标志性签名的多体本地化DTC使用一种新的量子模拟平台的基础上，单独可控的$^{13}$ C核自旋钻石。我们证明了特征长寿时空秩序，并确认它是强大的通用初始状态。我们的研究结果是一致的实现了一个平衡的Floquet相的物质，并建立一个可编程的量子模拟器的基础上探索多体物理的固态自旋。
2021-07-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Initialization of quantum simulators by sympathetic cooling
在量子模拟器上模拟计算上难以处理的多体问题具有巨大的潜力，可以深入了解物理，化学和生物系统。虽然在量子模拟器内实现哈密顿动力学已经在许多实验中得到证明，但是将量子模拟器初始化为合适的量子态的问题迄今为止仍然大多未解决。在这里，我们表明，已经有一个单一的耗散驱动的辅助粒子可以有效地准备在一个低能量状态的量子模拟器在很大程度上任意的哈密顿。我们证明了我们的方法的可扩展性，并表明它是强大的对不需要的源的退相干。虽然我们的初始化协议在很大程度上是独立的物理实现的模拟设备，我们提供了一个实施例的捕获离子量子模拟器。
2020-03-26 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Towards Outperforming Classical Algorithms with Analog Quantum Simulators
由于量子计算机目前还遥不可及，量子模拟器是有效和更精确地模拟传统计算机所面临的问题的替代设备。量子模拟器分为模拟和数字，通过结合这两种技术可以构建“混合”模拟器。在本文中，我们专注于开放量子系统的模拟量子模拟器，并解决他们可以击败经典计算机的限制。特别是，作为一个例子，我们讨论了模拟的绿硫细菌的叶绿体捕光天线与超过250个声子模式耦合到每个电子状态。此外，我们提出了物理设置，可用于再现量子动力学的标准和多模荷斯坦模型。所提出的方案是基于目前可用的超导电路技术，包括磁通量子比特和量子振荡器。
2015-01-30 quant-ph
A comparison of HPC-based quantum computing simulators using Quantum Volume
本文利用Quantum Volume基准比较了单CPU和GPU HPC节点上的量子计算模拟器，以模拟时间为核心指标，并总结了各模拟器特性、模拟与基准测试现状及Quantum Volume理论。
2024-12-29 quant-ph
Spin-boson model as a simulator of non-Markovian multiphoton Jaynes-Cummings models
典型的自旋玻色子模型认为自旋自由度与通常由玻色子模式的连续体构成的环境相互作用。这种无处不在的模型在许多物理系统中是相关的，在这些物理系统中，一般来说，人们既不能控制玻色子模式，也不能调节不同的相互作用机制。尽管这种明显缺乏控制，我们提出了一个合适的变换，大约映射到一个可调的多光子Jaynes-Cummings模型的自旋玻色子动力学进行耗散。有趣的是，后一种模型描述了自旋和单个玻色子模式之间的相干相互作用，通过每个自旋激发同时交换n个玻色子。借助于所谓的反应坐标方法，我们确定了一个相关的集体玻色子模式的环境中，然后用于产生多光子相互作用的建议的理论框架。此外，我们表明，具有结构化环境的自旋玻色子模型可以导致非马尔可夫多光子Jaynes-Cummings动力学。我们讨论了所提出的方法的有效性取决于参数和分析其性能，这是支持数值模拟。以这种方式，自旋玻色子模型作为一个很好的模拟量子模拟器的检查和实现的多光子Jaynes-Cummings模型以及非马尔可夫效应的相互作用，因此，作为一个模拟器的光物质系统与可调的相互作用机制。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Comparison of Quantum Simulators for Variational Quantum Search: A Benchmark Study
本研究针对变分量子搜索（VQS）在多量子比特下的模拟需求，在八个主流量子模拟器上实现了VQS典型电路进行基准测试，发现带GPU的Pennylane和Qulacs最适合高效执行VQS。
2023-09-12 math.QA quant-ph
Digital Quantum Simulation of Floquet Topological Phases with a Solid-State Quantum Simulator
量子模拟器具有驾驭复杂量子系统动力学的能力，已成为探测奇异拓扑相的一个有前途的平台。由于各种可控量子系统提供的灵活性，使深入了解量子模拟这样复杂的问题，模拟量子模拟器最近显示出其可行性，以解决探索拓扑相位的问题。然而，数字量子模拟和拓扑相位的检测仍然是难以捉摸的。在这里，我们开发和实验实现了数字量子模拟的拓扑相位与固态量子模拟器在室温下。不同于以往的作品处理静态拓扑阶段，这里模拟的拓扑阶段Floquet拓扑阶段。此外，我们还说明了数字模拟量子淬火和观察Floquet拓扑相的非平衡动力学的过程。利用量子猝灭方法，通过测量时间平均自旋极化，明确地检测到0-和π-能量拓扑不变量。我们的实验开辟了一个新的途径，数字模拟和检测Floquet拓扑相位与快速开发的可编程量子模拟器。
2020-12-10 quant-ph
Accreditation of Analogue Quantum Simulators
本文提出一种模拟量子模拟器的认证协议，给出错误与无错误输出分布间变异距离的上界，开销与模拟规模无关，基于强通用哈密顿量和量子认证理论，实用且可立即使用。
2023-06-05 quant-ph
Practical verification protocols for analog quantum simulators
模拟量子模拟有望成为近期量子器件的重要应用。这些设备的验证没有比较已知的模拟结果将是一个重要的任务，因为系统的大小增长超出了制度，可以模拟经典。我们介绍了一套实验驱动的模拟量子模拟器的验证协议，讨论了它们对各种误差源的敏感性和它们对更大系统尺寸的可扩展性。我们证明了这些协议的实验使用两个量子比特的捕获离子模拟量子模拟器和数值上使用的模型多达五个量子比特。
2021-03-03 quant-ph
What is a quantum simulator?
量子模拟器是积极利用量子效应来回答有关模型系统的问题，并通过它们来回答真实系统的问题的设备。在这里，我们通过回答关于量子模拟器的性质和使用的几个基本问题来扩展这个定义。我们的答案涉及两个重要领域。首先，一种称为模拟的操作和另一种称为计算的操作之间的区别。这种区别与行动的目的有关，也与我们对其准确性的信心和期望有关。第二，量子模拟和经典模拟之间的阈值。在本文中，我们对量子模拟领域的成就和发展方向进行了展望。
2014-05-12 quant-ph
On parallel composition of zero-knowledge proofs with black-box quantum simulators
设L是一个由常数轮量子亚瑟-梅林（QAM）协议决定的语言，其可靠性误差可以忽略不计，并且除了最后一条消息之外，所有消息都是经典的。我们证明，如果这个协议是零知识的黑盒，量子模拟器S，那么L在BQP。我们的结果也适用于任何具有三轮量子交互证明（QIP）的语言，除了最后一条消息可能是经典的，具有可忽略的合理性误差和黑盒量子模拟器。这些结果特别使得某些协议不太可能并行组成，以减少合理性错误，同时使用黑盒量子模拟器保持零知识。它们推广了Goldreich和Krawczyk（1990）的类似经典结果。我们的证明是通过量子黑箱搜索的简化来实现的。我们表明，存在一个黑箱量子模拟器，这样的协议时，L notin BQP将意味着一个不可能好的量子搜索算法。
2009-02-28 quant-ph
Proposal for realizing Heisenberg-type quantum-spin models in Rydberg-atom quantum simulators
本文提出利用磁场调节里德伯原子间 XXZ 模型各向异性，在 Förster 共振点附近实现自旋-1/2 和自旋-1 海森堡型量子自旋模型，无需 Floquet 工程，为量子多体现象研究提供实验指导。
2025-11-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Optical resonators constitute a universal spin simulator
针对缺乏可通用模拟所有NP难问题的便捷自旋模拟装置的问题，提出采用链式排列光学谐振器的通用均匀自旋模拟器UHSS，可将自旋模型长程相互作用映射为最近邻物理相互作用，能求解任意规模NP难问题。
2025-01-08 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
A Parallel Quantum Computer Simulator
量子计算机是一种新型的计算机，可以有效地解决复杂的问题，如素数分解。量子计算机威胁到公钥加密系统的安全性，因为这些系统依赖于素数分解在计算上很困难的事实。错误限制了量子计算机的有效性。由于量子计算机的指数性质，模拟错误对它们的影响需要大量的处理和内存资源。在本文中，我们描述了一个并行模拟器，访问量子计算机的可行性。我们还推导并验证了模拟器执行时间的分析模型，这表明并行量子计算机模拟具有很好的可扩展性。
1998-04-16 quant-ph
Designing a Fast and Flexible Quantum State Simulator
本文介绍了一个用Rust编写的快速灵活量子模拟器Spinoza，其核心设计基于单量子位门保持振幅对概率的原理，并通过多种策略和特定优化提升性能，旨在为开发者提供便捷的经典模拟工具，且性能优于多个开源模拟器。
2023-05-09 quant-ph
Measuring nonequilibrium retarded spin-spin Green's functions in an ion-trap based quantum simulator
最近的工作提出了一个变种的拉姆齐干涉耦合自旋$1/2$系统，直接测量延迟自旋自旋格林函数。在此基础上，我们进一步研究了横场伊辛模型中的非平衡态迟滞自旋-自旋格林函数。我们推导出最低的四个谱矩来理解短时行为，并采用Lehmann表示来确定谱行为。我们模拟了一个非平衡量子自旋系统的Ramsey协议，该系统由基态和非绝热激发的高能态通过时间斜坡横向磁场的相干叠加组成。然后，我们应用拉姆齐光谱协议的最终哈密顿量，它有一个恒定的横场。短时间的行为直接关系到多体关联输运的Lieb-Robinson边界，而长时间的行为则与哈密顿量的激发谱有关。在数据分析中采用压缩感测以有效地提取该光谱。
2015-12-16 cond-mat.quant-gas quant-ph
Proof-of-concept Quantum Simulator based on Molecular Spin Qudits
本研究展示了首个基于分子自旋量子点(qudits)系综和射频宽带光谱仪的原型量子模拟器，通过模拟磁化强度的量子隧穿和横向场伊辛模型证明了其可操作性，为分子自旋量子点在量子技术中的实际应用迈出了重要一步。
2023-09-11 quant-ph
Error sensitivity of a Quantum Simulator I: a first example
由于第一个有用的量子计算机将是量子模拟器，这里评估了在简单测试问题中解决薛定谔方程所需的最小量子位数。从目前的初步结果来看，似乎有可能实现一个有用的量子模拟器，只有10-15量子比特的寄存器。对某些错误的固有敏感性似乎是适度的，而不需要纠错方法。目前，至少有一些迹象表明，幅度误差比相位和退相干误差更危险。因此，仅限于幅度误差的校正可能非常有用。
2001-10-16 quant-ph
Memory Efficient Quantum Circuit Simulator Based on Linked List Architecture
本文将介绍我们在C++环境下开发的量子线路模拟器。我们设计了一种新的方法，有效的内存处理使用链表结构，使我们能够模拟一个量子线路高达20量子位在合理的时间。我们的软件包可以模拟用户构建的任何量子线路的活动;它也将用于理解某些量子算法的鲁棒性，如Simons和Shors。
2005-11-08 quant-ph
Probing spin hydrodynamics on a superconducting quantum simulator
研究利用超导量子模拟器实验探测无限温度下的自旋输运，通过模拟量子电路制备Haar随机态，观察到了扩散性输运及强无序下的反常亚扩散现象，为研究非平衡物理提供了可扩展方法。
2024-09-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Probing finite-temperature observables in quantum simulators of spin systems with short-time dynamics
针对自旋系统量子模拟器难以制备有限温度态的问题，提出一种基于Jarzynski等式的算法，通过经典重要性采样和Loschmidt回波测量获取有限温度可观测量，可表征长程横场伊辛模型相变且对实验缺陷鲁棒。
2023-05-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Embedding Quantum Simulators for Quantum Computation of Entanglement
我们引入了嵌入量子模拟器的概念，这是一种允许对一类二分和多分纠缠单调进行有效量子计算的范例。它包括在嵌入量子模拟器的扩大的希尔伯特空间中对模拟的量子动力学进行适当的编码。通过这种方式，纠缠单调被方便地映射到物理观测值上，克服了完全层析成像的必要性，并大大降低了实验要求。此外，该方法直接适用于纯态，并在经典算法的辅助下，混合态的情况下。最后，我们期望所提出的嵌入框架为增强的一对一量子模拟器的一般理论铺平道路。
2013-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Driven harmonic oscillator as a quantum simulator for open systems
我们从理论上证明了如何用受迫谐振子作为非马尔可夫阻尼谐振子的量子模拟器。在一般的框架下，结果表明，可以使用一个封闭的系统作为开放量子系统的模拟器。量子模拟器基于具有适当定制的电场脉冲的闭合谐振子的受控驱动器的集合。利用开放系统的谱密度信息对封闭振子的驱动进行平均，得到了阻尼谐振子的非马尔可夫动力学。我们认为单个被困离子作为一个特定的物理实现的模拟器，我们展示了如何模拟器的方法揭示了新的物理洞察到开放的系统动力学，例如特征量子力学非马尔可夫振荡行为的阻尼振荡器的能量，通常由非Lindblad型主方程，可以有一个简单的半经典解释。
2006-10-03 quant-ph
Analogue Spin Simulators: How to keep the Amplitude Homogeneous
本文提出一种耦合有源光学腔模的模拟自旋模拟器，借助特殊几何排布消除振幅非均匀性，可作为 Monte Carlo 求解器精确获得基态，并通过参数调节求解 XY 或 Ising 问题。
2024-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Probing Topological Spin Liquids on a Programmable Quantum Simulator
量子自旋液体是具有拓扑有序性的奇异相，是近几十年来物理学研究的热点。这样的相位具有长距离量子纠缠的特征，可以潜在地被利用来实现鲁棒的量子计算。我们使用219个原子的可编程量子模拟器来探测量子自旋液体态。在我们的方法中，原子阵列被放置在一个可果美晶格的链接和里德伯封锁下的演化创建没有本地秩序的受挫量子态。的发病的量子自旋液体阶段的典范环面代码类型的检测通过评估拓扑弦运营商，提供直接签名的拓扑秩序和量子相关性。它的性质进一步揭示了使用原子阵列与非平凡的拓扑结构，代表了第一步拓扑编码。我们的观测使拓扑量子物质的受控实验探索和受保护的量子信息处理成为可能。
2021-04-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Quantum Simulator for Transport Phenomena in Fluid Flows
输运现象仍然是计算物理中最具挑战性的问题之一。通过利用狄拉克和格子玻尔兹曼方程之间的类比，我们开发了一个基于赝自旋玻色子量子系统的量子模拟器，它适用于编码流体动力学输运现象的晶格动力学形式主义。它表明，流和碰撞过程的格子玻尔兹曼动力学可以实现与控制量子操作，使用一个预示的量子协议编码非幺正散射过程。所提出的模拟器适合于在受控量子平台上实现，例如离子阱量子计算机或电路量子电动力学处理器。
2015-08-19 physics.flu-dyn quant-ph
Understanding Bugs in Quantum Simulators: An Empirical Study
Louisiana State University（路易斯安那州立大学）
本文通过分析394个确认的量子模拟器错误，揭示了错误发现主要由用户驱动，逻辑正确性错误普遍存在且无声，关键错误源于经典模拟器基础设施。
2026-03-24 cs.SE quant-ph
All-optical quantum simulator of qubit noisy channels
我们建议并证明了一个全光量子模拟器的单量子比特噪声信道起源于与波动场的相互作用。该模拟器采用单个光子的偏振自由度，并利用其光谱分量对随机动力学的实现进行平均。作为一个证明的原则，我们运行模拟的退相通道驱动的高斯（Ornstein-Uhlenbeck）或非高斯（随机电报）随机过程。
2017-02-24 quant-ph
