量子物理
[提交于 2025年8月11日
]
标题: 矩阵乘积幺正的量子电路复杂度
标题: Quantum Circuit Complexity of Matrix-Product Unitaries
摘要: 矩阵乘积幺正算符(MPUs)是多体幺正算符,由于其张量网络结构,它们在1D系统中保持纠缠面积定律。 然而,由于描述MPU的单个张量不是幺正的,因此尚不清楚如何将MPU实现为量子电路。 在本文中,我们表明一大类MPU可以使用多项式深度的量子电路来实现。 对于由重复的体张量和开放边界构建的$N$位MPU,我们显式构造了一个多项式深度为$T = O(N^{\alpha})$的量子电路,该电路实现了MPU,其中常数$\alpha$仅取决于体张量和边界张量,而与系统大小$N$无关。 我们证明这个类包括生成长程纠缠的非平凡幺正算符,并且特别地,包含从$C^*$-弱霍普夫代数表示构建的一大类幺正算符。 此外,我们还将我们的构造适应于非均匀平移变化的MPU,并表明它们可以通过深度为$O(N^{\beta} \, \mathrm{poly}\, D)$的电路实现,其中$\beta \le 1 + \log_2 \sqrt{D}/ s_{\min}$,其中$D$是键维数,$s_{\min}$是与MPU对应的归一化乔伊态的最小非零施密特值。
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