[發明專利]一種復雜張量網絡態的生成裝置及方法

在審

• 申請號: 202111429255.6
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114037083A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 陶思景;張昊清;韓永建;賀冉;李傳鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06N10/40;G06N10/60
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;韓珂

本發明公開了一種復雜張量網絡態的生成裝置及方法，相關裝置包括：離子阱單元，即受控單元，其中離子的振動模式即是聲子模式；激光單元，即控制單元，用于使用激光對離子阱中的聲子模式進行操作，選取多個聲子模式對重復進行雙模變換，直至制備出指定大小的MERA張量網絡態，其中，每層操作時選取的輸入的聲子模式來自于上層操作的雙模變換的輸出結果以及新加入的新模式，且奇數層與偶數層操作，分別對應isometry張量與disentangler張量。通過生成的MERA張量網絡態，可以為模擬一些復雜的量子系統(如臨界點附件的量子系統)以及實驗模擬AdS/CFT理論提供可能。

技術領域

本發明涉及量子信息、量子計算及凝聚態實驗領域，尤其涉及一種復雜張量網絡態的生成裝置及方法。

背景技術

量子多體系統的基態信息是理解多體系統性質(如：量子相變、高溫超導)的主要途徑，而張量網絡算法是計算多體系統基態的重要方法。可以嚴格證明，一維帶能隙局域哈密頓量的基態可表示為MPS(Matrix Product State，一種張量網絡態)。對于高維情況，人們普遍相信大多數感興趣的多體物理系統，其基態仍可用張量網絡態有效表示。

盡管張量網絡算法是一個經典的有效算法(其計算復雜度隨系統規模和張量網絡中張量的指標維數D多項式增加)，但對高維或復雜的張量網絡，其計算復雜度可達O(D¹⁰)以上(而D一般是10¹的量級)。因此，隨著參數D和系統規模的提升，其所需經典資源很快超出可承受范圍。

在張量網絡算法中，計算復雜度最高的部分是張量網絡的縮并，而這一過程可通過設計量子計算系統中的酉操作來制備相應的張量網絡態并對它進行對應的測量來替代。基于此，張量網絡算法中的網絡縮并過程可通過一系列量子操作及測量來多項式加速地實現，進而大大降低其計算復雜度。

目前，基于不同的物理系統，如：腔QED、波導QED、里德堡原子陣列以及純光學環路，已提出了多種關于張量網絡態的sequential生成方案。然而，張量網絡態的sequential生成方式限制了其網絡結構，對某些具有復雜結構的張量網絡態(如MERA(MultiscaleEntanglement Renormalization Ansatz)張量網絡態)，sequential生成方法就無法生成。

MERA是一類復雜的張量網絡態，它由兩種基本張量單元組成–disentangler張量和isometry張量。MERA是十分重要的張量網絡，因為它具有超越面積定律(area law)的特性，而且它在模擬一類復雜量子系統(如：臨界點附近的量子系統)時起著重要的作用。另外，最近的研究顯示，MERA張量網絡與量子引力中的AdS/CFT理論有著密切的關系。不過MERA的張量網絡縮并的復雜度比較高，達到O(D⁹)，因此，亟需一種能有效生成MERA張量網絡態的方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種復雜張量網絡態的生成裝置及方法，可以復雜張量網絡態。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種復雜張量網絡態的生成裝置，包括：

離子阱單元，即受控單元，其中離子的振動模式即是聲子模式；

激光單元，即控制單元，用于使用激光對離子阱中的聲子模式進行操作，選取多個聲子模式對重復進行雙模變換，直至制備出指定大小的MERA張量網絡態，其中，每層操作時選取的輸入的聲子模式來自于上層操作的輸出結果以及新加入的新模式，且奇數層與偶數層操作中，分別對應isometry張量與disentangler張量。

一種復雜張量網絡態的生成方法，包括：