[发明专利]一种复杂张量网络态的生成装置及方法

说明书

本发明公开了供一种复杂张量网络态的生成装置及方法，相关装置包括：离子阱单元，即受控单元，其中离子的振动模式即是声子模式；激光单元，即控制单元，用于使用激光对离子阱中的声子模式进行操作，对离子阱中的声子模式对使用设定顺序进行若干种双模变换制备出kagome张量网络态。通过生成的kagome张量网络态，可以为模拟kagome晶格结构的复杂量子系统的基态提供可能。此外，在进行变换时，可以并行执行，使得生成张量网络态的线路深度非常浅，而对于浅层的量子线路，局域的噪声不易影响其它部分的结果，因此，其输出不容易受到噪声的影响。

技术领域

本发明涉及量子信息、量子计算及凝聚态实验领域，尤其涉及一种复杂张量网络态的生成装置及方法。

背景技术

量子多体系统的基态信息是理解多体系统性质(如：量子相变、高温超导原理)的主要途径，而张量网络算法是计算多体系统基态的重要方法。可以严格证明，一维带能隙局域哈密顿量的基态可表示为MPS(Matrix Product State，一种张量网络态)。对于高维情况，人们普遍相信大多数感兴趣的多体物理系统，其基态仍可用张量网络态有效表示。

尽管张量网络算法是一个经典的有效算法(其计算复杂度随系统规模和张量网络中张量的指标维数D多项式增加)，但对高维或复杂的张量网络，其计算复杂度可达O(D¹⁰)以上(而D一般是10¹的量级)。因此，随着参数D和系统规模的提升，其所需经典资源很快超出可承受范围。

在张量网络算法中，计算复杂度最高的部分是张量网络的缩并，而这一过程可通过设计量子计算系统中的酉操作来制备相应的张量网络态并对它进行对应的测量来替代。基于此，张量网络算法中的网络缩并过程可通过一系列量子操作及测量来多项式加速地实现，进而大大降低其计算复杂度。

目前，人们基于不同的物理系统，如：腔QED、波导QED、里德堡原子阵列以及纯光学环路，已提出了多种关于张量网络态的sequential生成方案。然而，张量网络态的sequential生成方式限制了其网络结构，对某些复杂量子系统和特殊晶格结构(如kagome系统)，sequential生成方法无法生成所需的张量网络态。另一方面，sequential方式生成张量网络态的量子线路深度不小于系统规模，这导致无法使用浅层线路生成张量网络态。显然，量子线路越深，噪声对结果的影响就越大。因此，亟需一种以较小线路深度生成具有复杂结构的张量网络态的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种以较小线路深度生成复杂张量网络态的方法。生成的张量网络的结构更加复杂且更不易受噪声影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复杂张量网络态的生成装置，包括：

离子阱单元，即受控单元，其中离子的振动模式即是声子模式；

激光单元，即控制单元，用于使用激光对离子阱中的声子模式进行操作，对离子阱中的声子模式对，使用设定顺序进行若干种双模变换制备出kagome张量网络态。

一种复杂张量网络态的生成方法，包括：

通过激光单元，使用激光对离子阱中的声子模式进行操作，对离子阱中的声子模式对，使用设定顺序进行多种双模变换制备出kagome张量网络态。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明可以生成一种复杂的张量网络态--kagome张量网络态。由于kagome张量网络天然的适合模拟kagome晶格结构的量子系统，故本发明为模拟kagome晶格结构的量子系统的基态提供了可能。此外，由于离子阱的全连通性，在进行变换时，可以并行执行，相较于现有的sequential方式的变换的方案而言，本发明生成张量网络态所需的线路深度非常浅，而浅层的量子线路也就意味着局域的噪声不易影响其它部分的结果，因此，其输出不容易受到噪声的影响。

附图说明