[发明专利]费米子模拟门

权利要求书

1.一种用于模拟物理系统的方法，所述方法包括：

将描述物理系统的哈密顿量变换成描述对应的量子位系统的量子位哈密顿量，所述量子位哈密顿量包括经变换的动能算符；

模拟量子位系统在量子位哈密顿量下的演化，包括通过将费米子交换网络应用于量子位系统来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化；以及

使用量子位系统在量子位哈密顿量下的模拟演化以确定物理系统的性质。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述费米子交换网络包括量子电路，所述量子电路包括多层费米子交换门。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将描述物理系统的哈密顿量变换成对应的量子位哈密顿量包括应用乔丹-维格纳变换。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据规范排序对量子位系统中的量子位进行索引，并且其中，使用费米子交换网络来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化包括，将多层费米子交换门中的每一层顺序地应用于量子位系统以改变量子位的规范排序，直到规范排序被反转并且每个索引已经与所有其他索引相邻一次。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述经变换的动能算符包括作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符，并且其中，将多层费米子交换门中的每一层顺序地应用于量子位系统将作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符映射到作用于两个相邻量子位的算符。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符包括形式为X_pZ_p+1Z_p+2…Z_q-1X_q和Y_pZ_p+1Z_p+2…Z_q-1Y_q的算符，其中，X_p表示应用于量子位p的泡利-X算符，Y_p表示应用于量子位p的泡利-Y算符，以及Z_p表示应用于量子位p的泡利-Z算符，并且其中，所述作用于两个相邻量子位的算符包括形式为X_pX_p+1和Y_pY_p+1的算符。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，使用费米子交换网络来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化还包括：

在费米子交换网络的层之间交织用于模拟量子位系统在作用于两个相邻量子位的算符下的演化的门；以及

在模拟量子位系统的演化时应用经交织的门。

8.根据权利要求7所述的方法，其中

(i)量子位哈密顿量还包括经变换的相互作用项，所述经变换的相互作用项包括作用于量子位系统中的非相邻量子位的算符，以及

(ii)模拟量子位系统在量子位哈密顿量下的演化还包括使用费米子交换网络来模拟量子位系统在经变换的相互作用项下的演化，包括：

在费米子交换网络的层之间交织用于模拟量子位系统在作用于相邻量子位的、经变换的相互作用项中的算符下的演化的门。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述经变换的相互作用项包括形式为的算符，其中Z_p表示应用于量子位p的泡利-Z算符。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用费米子交换网络来模拟量子位系统在量子位哈密顿量下的演化包括将费米子模拟门的网络应用于量子位系统，所述费米子模拟门被配置为近似同时地(i)模拟在时间φ内量子位系统在算符X_pX_p+1+Y_pY_p+1下的演化，(ii)模拟在时间θ内量子位系统在算符Z_pZ_P+1下的演化，以及(iii)将费米子交换门应用于两种模式。