Dimostrazione del risolutore variazionale quantistico degli autovalori con ricerca nel sottospazio, basato su qudit fotonici di momento angolare orbitale

Abstract degli autori

Energie accurate degli stati eccitati sono essenziali per interpretare i processi di fluorescenza e fotochimici, eppure i risolutori variazionali quantistici degli autovalori (VQE) eseguiti su hardware quantistico rumoroso di scala intermedia (NISQ) sono stati in gran parte limitati agli stati fondamentali. Il VQE con ricerca nel sottospazio (SSVQE) offre un approccio agli stati eccitati compatibile con l’hardware NISQ, senza richiedere misure di sovrapposizione basate su ancilla; tuttavia, finora non era stato dimostrato sperimentalmente, poiché richiede la preparazione e la manipolazione coerenti di più stati di base ortogonali mediante un’unica unitaria variazionale condivisa. Qui realizziamo l’SSVQE su una piattaforma fotonica, codificando stati ortogonali di qudit nel momento angolare orbitale di singoli fotoni e ottimizzando un circuito variazionale condiviso. Stimiamo le energie degli stati eccitati di una molecola $\rm{HeH^+}$ a quattro dimensioni e di una catena di Heisenberg a otto dimensioni, dimostrando così il calcolo scalabile degli autovalori degli stati eccitati in uno spazio di Hilbert ad alta dimensionalità. I nostri risultati stabiliscono i qudit fotonici come una via efficiente in termini di risorse per la simulazione quantistica degli stati eccitati.