[发明专利]多体局域化态的确定方法及系统

说明书

本申请公开了一种多体局域化态的确定方法及系统，属于量子技术领域。本申请通过应用“激发态变分量子本征求解器”作为工具来确定和分析多体局域化态，通过构建包含制备线路、参数化量子线路(PQC)和测量线路的系统架构，在量子线路上通过“激发态量子本征求解器”来研究多体局域化态，利用量子优势，可以研究之前受限于经典计算极限无法研究的更大尺寸与更高维度系统中的多体局域化态。并且，相比于传统的应用时间演化确定多体局域化态的方法，本申请由于应用“受控时间演化”测量本征态判据来确定多体局域化态，所需量子资源更少，线路深度更浅，受噪声影响也更小。

技术领域

本申请实施例涉及量子技术领域，特别涉及一种多体局域化态的确定方法及系统。

背景技术

多体局域化态(Many-body Localization，简称MBL)是一种发生在孤立量子多体系统中的动力学现象。多体局域化态并不满足本征态热化假说(EigenstateThermalization Hypothesis，简称ETH)，并在局部可观测值中始终保留其初始条件的记忆。多体局域化态的探测与研究是凝聚态物理中一个十分重要的方向。

数值上常采用严格对角化的方法研究有限尺寸系统中的多体局域化态。利用严格对角化的方法，可以求解出相应哈密顿量的本征态与本征值，进而可以研究系统随时间演化，其纠缠熵等物理量的变化行为，来判断系统是否处于多体局域化态。由于哈密顿量对应的希尔伯特空间维度随系统尺寸指数增长，受限于经典计算机的计算能力，严格对角化方法所能研究的系统尺寸相比于热力学极限是非常小的。量子计算机可以突破经典计算机的计算极限，在更接近热力学极限的情况下研究多体局域化态。

在相关技术中，提出了在量子线路上通过实现时间演化的方式，来研究多体局域化态随时间的变化行为。在量子线路实现中，可以通过Trotter(特洛特)分解时间演化对应的指数算符，进而在线路上模拟物理系统的时间演化，通过观测系统在较长演化时间后是否热化，来判断系统是否处于多体局域化态。

但通过时间演化观察系统纠缠熵等物理量的行为以及是否热化，所需要的时间远远大于现有量子计算机的相干时间，需要足够深的量子线路，这将导致显著的量子噪声，从而无法获取有效的测量结果。

发明内容

本申请实施例提供了一种多体局域化态的确定方法及系统。所述技术方案如下：

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种多体局域化态的确定方法，所述方法包括：

通过制备线路制备量子多体系统的初态，所述量子多体系统包括多个量子比特；

通过参数化量子线路(Parameterized Quantum Circuit，简称PQC)对所述初态进行处理，得到所述PQC的输出态；其中，所述PQC的输出态用于近似表征所述量子多体系统的本征态；

通过测量线路对所述PQC的输出态进行测量，基于测量结果得到目标参数指标，所述目标参数指标用于判定所述量子多体系统是否处于多体局域化态；

在所述目标参数指标满足条件的情况下，确定所述量子多体系统处于所述多体局域化态。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种多体局域化态的确定系统，所述系统包括：制备线路、PQC、测量线路和经典计算模块；

所述制备线路用于制备量子多体系统的初态，所述量子多体系统包括多个量子比特；

所述PQC用于对所述初态进行处理，得到所述PQC的输出态；其中，所述PQC的输出态用于近似表征所述量子多体系统的本征态；

所述测量线路用于对所述PQC的输出态进行测量；