[發明專利]多體局域化態的確定方法及系統

在審

• 申請號: 202111198228.2
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113935490A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 劉鑠;張士欣;張勝譽;姚宏
• 申請（專利權）人: 騰訊科技（深圳）有限公司;清華大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06N10/70
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 孫曉麗

本申請公開了一種多體局域化態的確定方法及系統，屬于量子技術領域。本申請通過應用“激發態變分量子本征求解器”作為工具來確定和分析多體局域化態，通過構建包含制備線路、參數化量子線路(PQC)和測量線路的系統架構，在量子線路上通過“激發態量子本征求解器”來研究多體局域化態，利用量子優勢，可以研究之前受限于經典計算極限無法研究的更大尺寸與更高維度系統中的多體局域化態。并且，相比于傳統的應用時間演化確定多體局域化態的方法，本申請由于應用“受控時間演化”測量本征態判據來確定多體局域化態，所需量子資源更少，線路深度更淺，受噪聲影響也更小。

技術領域

本申請實施例涉及量子技術領域，特別涉及一種多體局域化態的確定方法及系統。

背景技術

多體局域化態(Many-body Localization，簡稱MBL)是一種發生在孤立量子多體系統中的動力學現象。多體局域化態并不滿足本征態熱化假說(EigenstateThermalization Hypothesis，簡稱ETH)，并在局部可觀測值中始終保留其初始條件的記憶。多體局域化態的探測與研究是凝聚態物理中一個十分重要的方向。

數值上常采用嚴格對角化的方法研究有限尺寸系統中的多體局域化態。利用嚴格對角化的方法，可以求解出相應哈密頓量的本征態與本征值，進而可以研究系統隨時間演化，其糾纏熵等物理量的變化行為，來判斷系統是否處于多體局域化態。由于哈密頓量對應的希爾伯特空間維度隨系統尺寸指數增長，受限于經典計算機的計算能力，嚴格對角化方法所能研究的系統尺寸相比于熱力學極限是非常小的。量子計算機可以突破經典計算機的計算極限，在更接近熱力學極限的情況下研究多體局域化態。

在相關技術中，提出了在量子線路上通過實現時間演化的方式，來研究多體局域化態隨時間的變化行為。在量子線路實現中，可以通過Trotter(特洛特)分解時間演化對應的指數算符，進而在線路上模擬物理系統的時間演化，通過觀測系統在較長演化時間后是否熱化，來判斷系統是否處于多體局域化態。

但通過時間演化觀察系統糾纏熵等物理量的行為以及是否熱化，所需要的時間遠遠大于現有量子計算機的相干時間，需要足夠深的量子線路，這將導致顯著的量子噪聲，從而無法獲取有效的測量結果。

發明內容

本申請實施例提供了一種多體局域化態的確定方法及系統。所述技術方案如下：

根據本申請實施例的一個方面，提供了一種多體局域化態的確定方法，所述方法包括：

通過制備線路制備量子多體系統的初態，所述量子多體系統包括多個量子比特；

通過參數化量子線路(Parameterized Quantum Circuit，簡稱PQC)對所述初態進行處理，得到所述PQC的輸出態；其中，所述PQC的輸出態用于近似表征所述量子多體系統的本征態；

通過測量線路對所述PQC的輸出態進行測量，基于測量結果得到目標參數指標，所述目標參數指標用于判定所述量子多體系統是否處于多體局域化態；

在所述目標參數指標滿足條件的情況下，確定所述量子多體系統處于所述多體局域化態。

根據本申請實施例的一個方面，提供了一種多體局域化態的確定系統，所述系統包括：制備線路、PQC、測量線路和經典計算模塊；

所述制備線路用于制備量子多體系統的初態，所述量子多體系統包括多個量子比特；

所述PQC用于對所述初態進行處理，得到所述PQC的輸出態；其中，所述PQC的輸出態用于近似表征所述量子多體系統的本征態；

所述測量線路用于對所述PQC的輸出態進行測量；