量子物理
[提交于 2025年1月10日
]
标题: 用于模拟耦合经典振荡器的实用量子电路实现
标题: Practical Quantum Circuit Implementation for Simulating Coupled Classical Oscillators
摘要: 模拟大规模耦合振子系统对经典算法提出了巨大的计算挑战,尤其是在热力学极限下进行第一性原理分析时。 受Babbush等人提出的量子算法框架的启发,我们提出了并实现了用于模拟一维弹簧-质量系统的详细量子电路构造。 我们的方法结合了关键的量子子例程,包括块编码、量子奇异值变换(QSVT)和幅值放大,以实现与模拟经典振子动力学相关的酉时间演化算子。 在均匀弹簧-质量设置中,我们的电路构造需要门复杂度为$\mathcal{O}\bigl(\log_2^2 N\,\log_2(1/\varepsilon)\bigr)$,其中$N$是振子的数量,$\varepsilon$是近似的目标精度。 对于更一般、非均匀的弹簧-质量系统,总门复杂度为$\mathcal{O}\bigl(N\log_2 N\,\log_2(1/\varepsilon)\bigr)$。 两种情况都需要$\mathcal{O}(\log_2 N)$个量子比特。 数值模拟在所有测试配置中都与经典求解器一致,表明这种基于电路的哈密顿量模拟方法可以显著降低计算成本,并可能在未来量子硬件上实现更大规模的多体研究。
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