Длинный путь можно пройти, а можно свернуть его в короткий маршрут, не потеряв ключевых ориентиров. В квантовых вычислениях роль такого пути играет эволюция состояния во времени: она требует всё более длинных цепочек операций, и на реальном процессоре быстро тонет в шуме. Физики нашли способ сжимать каждый шаг эволюции в компактную настраиваемую схему, сохраняя точность выше 99%.
На девятикубитном сверхпроводящем процессоре L9 с перестраиваемыми связями реализовали протокол VTC. После каждого короткого шага эволюции параметры мелкой схемы подгонялись так, чтобы состояние приближалось к точному. Для восстановления амплитуды выживания применяли квантовую томографию состояния с последующей очисткой до чистого состояния и выравниванием глобальной фазы по численной симуляции. Затем временной ряд анализировали подгонкой многочастотными синусоидами и преобразованием Фурье.
Для молекулы водорода H₂ при пяти расстояниях связи (0.25–2.25 Å) средняя точность состояния между экспериментом и симуляцией превысила 99.6%. Извлечённые энергии совпали с точной диагонализацией в пределах 2×10⁻³ атомных единиц, включая почти вырожденные возбуждённые состояния при больших расстояниях. Для модели Ферми–Хаббарда в металлической, промежуточной и моттовской фазах точность энергий составила до 7×10⁻⁴. В моттовской фазе удалось разрешить три близких уровня с расщеплением порядка 0.03, что недоступно стандартной троттеризации из-за быстрой декогеренции.
Было неясно, можно ли извлечь точные энергии квантовых систем из реальной динамики на зашумлённом процессоре, не прибегая к глубоким схемам с вспомогательными кубитами. Оказалось, что вариационное сжатие каждого шага эволюции с последующим Фурье-анализом временного ряда даёт ошибку до 2×10⁻³ атомных единиц, включая почти вырожденные уровни. Метод уже можно применять для расчёта электронных спектров небольших молекул и моделей сильно коррелированных материалов на доступных квантовых процессорах.
Сжатая эволюция возвращает нас к образу короткого маршрута: вместо того чтобы прокладывать весь путь по шумной местности, мы проходим его отрезками, каждый раз сверяясь с картой и корректируя направление. Такой подход открывает путь к изучению переходов металл–изолятор и диссоциации молекул на NISQ-устройствах.
Точность извлечения энергии 2×10⁻³ атомных единиц эквивалентна ошибке примерно в 0.05 электронвольта, что сравнимо с тепловой энергией при комнатной температуре (около 0.025 эВ).
Идея сжатия квантовой эволюции в компактную схему напоминает концепцию «свёрнутых измерений» из научной фантастики, где сложные процессы упаковываются в простые представления для обхода ограничений реальности.