量子物理
[提交于 2025年4月29日
]
标题: Trotterization 对低能态来说是相当高效的
标题: Trotterization is substantially efficient for low-energy states
摘要: Trotterization是量子计算机或张量网络上模拟量子多体动力学的核心方法之一。 除了其实现简单之外,最近的研究表明,如果初始状态处于低能子空间中,其误差和成本可以降低。 然而,在以前的研究中,通过低能性质带来的改进随着Trotter阶数的增加而迅速消失,因此,是否存在低能初始状态的真实优势仍然是一个谜。 在本信中,我们通过证明低能初始状态的Trotterization的最佳误差界和成本来解决这个问题。 对于由半正定项组成的通用局部哈密顿量,我们表明Trotter误差最多与初始状态能量$\Delta$成线性关系,并且与系统大小$N$呈对数多项式关系。 因此,对于具有$\Delta \in o(Ng)$的低能态,计算成本相比任意初始状态显著减少,其中$g$表示每格点的能量,$Ng$表示整个系统的能量。 我们的Trotterization误差界和成本在初始状态能量$\Delta$上实现了理论上最佳的缩放。 此外,它们可以部分扩展到具有低能期望值的弱关联初始状态,这些状态不一定封闭在低能子空间中。 我们的结果将为快速准确地模拟低能态铺平道路,这些状态是凝聚态物理和量子化学中的一个核心目标。
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