边界算子是一个线性算子,它作用于一组高维二元点(单纯形),并将它们映射到它们的边界上。这种边界图是许多应用中的关键组件之一,包括微分方程、机器学习、计算几何、机器视觉和控制系统。我们考虑在量子计算机上表示完整边界算子的问题。我们首先证明边界算子具有特殊结构,形式为费米子产生和湮灭算子的完全和。然后,我们利用这些算子成对反对换的事实来生成一个 O(n) 深度电路,该电路精确实现边界算子,而没有任何 Trotterization 或泰勒级数近似误差。错误越少,获得所需精度所需的拍摄次数就越多。
多体系统(微观和宏观)中的统计涨落对物理学有着非常重要的作用,因为它们编码了关于可能的相变、耗散和聚集现象的关键信息[1-6]。涨落的一个尚未开发的新特征是,在量子效应变得重要的情况下,小系统的涨落会增加。我们在最近的两篇论文[7、8]中定量分析了这种影响,在这些论文中,我们讨论了玻色子和费米子热气体中能量密度的涨落。我们的结果表明,在描述重离子碰撞时,相对论流体动力学中使用的流体元素概念存在局限性。当子系统的尺寸降至约0.5 fm以下时,能量密度涨落(对于温度和粒子质量的典型值)变得如此之大,以至于它们与它们的平均值相当。在这种情况下,具有明确能量密度的流体单元的物理图像变得不合理。我们
为了阐明 SiNRs/Ag(110) 中 1D 狄拉克带的起源,我们将 SiNRs/Ag(110) 的展开能带结构投影到不同的原子层,如图 S4(a)-S4(d) 所示。可以看出,狄拉克带主要位于表面 Si 层,在最顶层的 Ag 层只有少量的剩余信号。最顶层 Ag 层中的剩余信号表示 Si 和 Ag 之间的有限能带杂化。第 8 个 Ag 层仅包含 Ag(110) 的体能带,如图 S4(c) 所示。通过比较图 S4(a) 和 S4(c),我们还可以得出结论,狄拉克带附近强度较高的能带来自 Ag(110) 的体能带。事实上,由于我们计算中的平板几何形状,这些能带来自 Ag 体 sp2 能带的子能带。为了研究狄拉克能带的轨道组成,我们将展开的能带结构投影到 Si s 和 Si ad 原子的不同轨道上,如图 S4(e)-S4(l) 所示,发现狄拉克能带主要由 Si spz 轨道组成。这些结果与我们的 TB 分析结果一致,即 Si s 和 Si ad 原子的 pz 轨道是解耦的。
1强相关的系统“Lendület”研究小组,固态物理和光学研究所,Wigner Physics研究中心,29-33,Konkoly-Thege Mikl´os Str。 Str。,H-1121,布达佩斯,匈牙利3 MTA-BMELENDület量子信息理论研究小组,布达佩斯,匈牙利4数学研究所,布达佩斯特大学技术与经济学大学,邮政信箱91 H-111 H-111,布达佩斯,匈牙利匈牙利5个复杂系统部,匈牙利5号,Eötvvöslorándhehnd of Box 32,捷克共和国科学学院物理化学研究所,V.V.I.,Dolejsˇkova 3,18223 Prague 8,捷克共和国7物理学学院,Arnold Sommerfeld理论物理学中心(ASC),Ludwig-Maximilians-Maximilians-universitätmuniversitätmunverit;37, 80333 München, Germany 8 Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST), Schellingstrasse 4, 80799 München, Germany 9 Wolfson College, University of Oxford, Linton Rd, Oxford OX2 6UD, United Kingdom 10 Fachbereich Physik, Philipps-Universität Marburg, Marburg 35032, Germany
我们证明玻色子和费米子高斯态(也称为“压缩相干态”)可用其线性复结构 J 来唯一表征,该结构是经典相空间上的线性映射。这扩展了基于协方差矩阵的传统高斯方法,并提供了一个同时处理玻色子和费米子的统一框架。纯高斯态可以用兼容凯勒结构的三重 ( G , Ω , J ) 来识别,由正定度量 G、辛形式 Ω 和线性复结构 J 组成,其中 J 2 = − 1 。混合高斯态也可以用这样的三重结构来识别,但 J 2 ̸ = − 1 。我们应用这些方法来展示如何将涉及高斯态的计算简化为这些对象的代数运算,从而得到许多已知和一些未知的身份。我们将这些方法应用于研究(A)纠缠和复杂性、(B)稳定系统的动力学、(C)驱动系统的动力学。由此,我们编制了一份全面的数学结构和公式列表,以并排比较玻色子和费米子高斯态。
驱动的多体问题仍然是量子力学中最具挑战性的未解决问题之一。量子计算机的出现可能为有效模拟此类驱动的系统提供了独特的平台。但是,对于如何设计水库有很多选择。可以简单地用Ancilla Qubits充当储层,然后通过算法冷却进行数字模拟。一种更具吸引力的方法,它允许人们模拟有限的储层,它是整合自由度的浴室,并通过主方程来描述驱动的散文系统,该系统也可以在量子计算机上进行模拟。在这项工作中,我们考虑了由电场驱动并耦合到费米子恒温器的晶格上的非相互作用电子的特殊情况。然后,我们提供两个不同的量子电路:第一个使用Trotter步骤重建系统的完整动力学,而第二个则在单个步骤中消散了最终的非平衡稳态。我们在IBM量子体验上运行两个电路。对于电路(i),我们最多达到了5个trotter步骤。当部分重置在量子计算机上可用时,我们希望最大的模拟时间可以显着增加。此处开发的方法提出了可以应用于模拟相互作用驱动的系统的概括。
在量子计算机上模拟费米子系统的能力有望彻底改变化学工程、材料设计、核物理等领域。因此,优化模拟电路对于充分利用量子计算机的功能具有重要意义。在这里,我们从两个方面解决这个问题。在容错机制下,我们优化了 rz 和 t 门数以及所需的辅助量子比特数,假设使用乘积公式算法进行实现。与现有技术相比,我们获得了门数节省率为 2 和所需辅助量子比特数节省率为 11。在预容错机制下,我们优化了两量子比特门数,假设使用变分量子特征求解器 (VQE) 方法。具体到后者,我们提出了一个框架,可以使 VQE 进程向费米子系统基态能量收敛的方向引导。该框架基于微扰理论,能够将 VQE 进程每个循环的能量估计值提高约三倍,与试验台上经典可访问的水分子系统中的标准 VQE 方法相比,更接近已知基态能量。改进的能量估计反过来又会节省相应数量的量子资源,例如量子比特和量子门的数量,这些资源需要在已知基态能量的预定公差范围内。我们还探索了一套从费米子到量子比特算子的广义变换,并表明在小规模情况下,资源需求节省高达 20% 以上是可能的。
2 平衡单粒子格林函数 9 2.1 格林函数的定义.....................................................................................................................................................................................................................................9 2.2 松原格林函数的性质....................................................................................................................................................................................................................................10 2.2.1 周期性和傅里叶级数....................................................................................................................................................................................................................10 . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................................................................................................................................................................. 17 2.4.1 莱曼表示.................................................................................................................................................................................................... 17 2.4.2 希尔伯特变换....................................................................................................................................................................................... 17 2.4.2 希尔伯特变换....................................................................................................................................................................................................... 17 20 2.4.3 松原频率求和....................................................................................................................................................................................................................20 2.5 2 粒子相关函数....................................................................................................................................................................................................................................................................21
光子量子信息处理是量子技术的主要平台之一 1 – 5,它主要依靠光量子干涉来产生不可或缺的有效光子 - 光子相互作用。然而,由于光子的玻色子性质 7 和传统酉光学元件的受限相位响应 8、9,这种有效的相互作用从根本上局限于聚束 6。在这里,我们提出并通过实验证明了非酉超表面实现的光量子干涉的新自由度。由于独特的各向异性相位响应产生了两个极端的本征操作,我们展示了对两个单光子有效相互作用的动态和连续控制,使得它们表现出玻色子聚束、费米子反聚束或任意中间行为,超出了它们固有的玻色子性质。这种量子操作为基础的量子光物质相互作用和用于量子通信、量子模拟和量子计算的创新光子量子装置打开了大门。超材料是一种具有亚波长元素的结构化材料,可以实现自然界中无法找到的波响应。通过定制超材料,人们已经展示了诸如负折射率、亚衍射成像和隐形斗篷等前所未有的特性 10 – 13 。超表面(二维超材料)使我们能够利用平面光学任意定制经典光的波前和传播 14 – 18 。同时,光子是极好的量子信息载体,因为它们具有长相干时间、室温稳定性、易于操纵和光速信号传输。使用单光子源、分束器、移相器和单光子探测器的量子光子学一直是量子计算、量子模拟和量子通信的主要平台之一 1 – 5 。因此,将超材料无与伦比的光控制与量子光学相结合,可以带来量子信息应用的全新可能性 19 – 22 。光子量子信息处理应用(如线性光学量子计算 1 、玻色子采样 23、24、量子行走 25 和量子通信 26)的核心操作单元是量子双光子干涉 (QTPI)。分束器是此量子操作的关键元素。当两个无法区分的单光子同时到达 50:50 分束器的两个输入端口时,QTPI 表现为洪-欧-曼德尔 (HOM) 效应 6 。在原始的 HOM 实验中,两个光子总是聚集在一起,并以相同的输出离开分束器