[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，选取多个声子模式对重复进行双模变换，直至制备出指定大小的MERA张量网络态，其中，每层操作时选取的输入的声子模式来自于上层操作的双模变换的输出结果以及新加入的新模式，且奇数层与偶数层操作，分别对应isometry张量与disentangler张量。通过生成的MERA张量网络态，可以为模拟一些复杂的量子系统(如临界点附件的量子系统)以及实验模拟AdS/CFT理论提供可能。

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)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，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，对某些具有复杂结构的张量网络态(如MERA(MultiscaleEntanglement Renormalization Ansatz)张量网络态)，sequential生成方法就无法生成。

MERA是一类复杂的张量网络态，它由两种基本张量单元组成–disentangler张量和isometry张量。MERA是十分重要的张量网络，因为它具有超越面积定律(area law)的特性，而且它在模拟一类复杂量子系统(如：临界点附近的量子系统)时起着重要的作用。另外，最近的研究显示，MERA张量网络与量子引力中的AdS/CFT理论有着密切的关系。不过MERA的张量网络缩并的复杂度比较高，达到O(D⁹)，因此，亟需一种能有效生成MERA张量网络态的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂张量网络态的生成装置及方法，可以复杂张量网络态。

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，选取多个声子模式对重复进行双模变换，直至制备出指定大小的MERA张量网络态，其中，每层操作时选取的输入的声子模式来自于上层操作的输出结果以及新加入的新模式，且奇数层与偶数层操作中，分别对应isometry张量与disentangler张量。

一种复杂张量网络态的生成方法，包括：