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凝聚态物理 > 量子气体

arXiv:1703.00387v2 (cond-mat)
[提交于 2017年3月1日 (v1) ,最后修订 2017年9月14日 (此版本, v2)]

标题: 开源矩阵乘积态:开启模拟一维纠缠多体量子系统的新途径

标题: Open source Matrix Product States: Opening ways to simulate entangled many-body quantum systems in one dimension

Authors:Daniel Jaschke, Michael L. Wall, Lincoln D. Carr
摘要: 数值模拟是研究超出精确可解系统且没有解析表达式的量子系统的强大工具。 对于一维纠缠量子系统,张量网络方法,其中矩阵乘积态(MPSs)引起了来自不同量子物理领域的兴趣,从固态系统到量子模拟器和量子计算。 我们的开源MPS代码为社区提供了分析一维量子系统静态和动态的工具集。 在这里,我们介绍了我们的开源库,开源矩阵乘积态(OSMPS),该库实现了Python和Fortran2003中的MPS方法。 该库包括用于通过变分假设计算基态和激发态的工具。 我们还支持具有平移不变性的无限系统的基态。 动力学使用不同的算法进行模拟,包括三种支持长程相互作用的算法。 便捷的功能包括对费米系统和有限系统中的数量守恒以及旋转$\mathcal{U}(1)$和离散$\mathbb{Z}_2$对称性的内置支持,以及使用MPI的数据并行性。 我们解释了该库中使用的原理和技术,并给出了如何高效使用通用接口来分析伊辛模型和玻色-哈伯德模型的示例。 此描述包括模拟的准备以及它们的调度和后处理。
摘要: Numerical simulations are a powerful tool to study quantum systems beyond exactly solvable systems lacking an analytic expression. For one-dimensional entangled quantum systems, tensor network methods, amongst them Matrix Product States (MPSs), have attracted interest from different fields of quantum physics ranging from solid state systems to quantum simulators and quantum computing. Our open source MPS code provides the community with a toolset to analyze the statics and dynamics of one-dimensional quantum systems. Here, we present our open source library, Open Source Matrix Product States (OSMPS), of MPS methods implemented in Python and Fortran2003. The library includes tools for ground state calculation and excited states via the variational ansatz. We also support ground states for infinite systems with translational invariance. Dynamics are simulated with different algorithms, including three algorithms with support for long-range interactions. Convenient features include built-in support for fermionic systems and number conservation with rotational $\mathcal{U}(1)$ and discrete $\mathbb{Z}_2$ symmetries for finite systems, as well as data parallelism with MPI. We explain the principles and techniques used in this library along with examples of how to efficiently use the general interfaces to analyze the Ising and Bose-Hubbard models. This description includes the preparation of simulations as well as dispatching and post-processing of them.
主题: 量子气体 (cond-mat.quant-gas) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 强关联电子 (cond-mat.str-el); 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:1703.00387 [cond-mat.quant-gas]
  (或者 arXiv:1703.00387v2 [cond-mat.quant-gas] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1703.00387
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Computer Physics Communications 225 (2018) 59-91
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2017.12.015
链接到相关资源的 DOI

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来自: Daniel Jaschke [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2017 年 3 月 1 日 17:02:18 UTC (8,927 KB)
[v2] 星期四, 2017 年 9 月 14 日 00:37:28 UTC (8,596 KB)
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