计算量子态如何重叠
浮块法图为冰块和大海。该方法将称为假想时间演化的过滤过程应用于两个哈密顿量，由冰和海表示。它给出了两个哈密顿量的最低能量状态之间的重叠。图片来源：Avik Sarkar
量子多体系统是由许多以复杂方式运动的微小粒子组成的原子核之类的东西。这使得预测粒子相互作用时系统的行为变得极其困难。为了研究这些系统，研究人员使用称为量子蒙特卡罗模拟的计算工具。
在这项工作中，研究人员使用一种称为“浮块法”的特定量子蒙特卡洛方法来计算对应于两个不同哈密顿量的原子核以及它们如何重叠。哈密顿量是对量子系统能量的数学描述。该研究发表在《物理评论快报》杂志上。
研究哈密顿量可以让科学家了解量子系统如何随时间变化。浮块方法使得以前对大型量子系统不可能进行的计算成为可能。
浮块方法允许研究人员使用量子蒙特卡罗模拟为量子系统构建快速准确的仿真器。它的工作原理是计算几个不同特定参数值的数据，这些值定义量子系统。
这些基线数据使研究人员能够创建一个仿真器，该仿真器将准确预测特定范围内所有参数值的结果。浮块法和量子蒙特卡罗模拟的这种使用具有许多潜在的应用。例如，它可以帮助从事量子计算工作的科学家。
来自波恩大学和密歇根州立大学稀有同位素束设施的研究人员使用浮块方法，使用量子蒙特卡洛计算来计算不同哈密顿量的能量状态之间的重叠。
为了计算能量状态之间的重叠，浮点块方法对两个不同的哈密顿量使用虚数（而不是实际值）时间演化，并在渐进的计算序列中重新排列时间块。这个过程让人想起一块冰从大冰块上脱落并漂浮到海中。
浮块方法的计算效率比其他方法高出几个数量级，计算优势随着系统规模的扩大而增长。
更多信息：Avik Sarkar 等人，量子蒙特卡罗模拟的浮块方法，物理评论快报 （2023）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.131.242503
期刊信息： Physical Review Letters