قياس قوي لطوبولوجيا دالة الموجة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية NISQ

قياس قوي لطوبولوجيا دالة الموجة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية NISQ

الطابع الزمني: 27 أبريل 2023 ، الساعة 7:58 صباحًا

شياو شياو1، جي كي فريكس2، و AF Kemper1

1قسم الفيزياء ، جامعة ولاية كارولينا الشمالية ، رالي ، نورث كارولينا 27695 ، الولايات المتحدة الأمريكية
2قسم الفيزياء ، جامعة جورج تاون ، 37 و O Sts. NW، Washington، DC 20057 USA

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

يتم تحديد الأطوار الكمومية الطوبولوجية للمواد الكمومية من خلال الثوابت الطوبولوجية. هذه الثوابت الطوبولوجية هي الكميات التي تميز الخصائص الهندسية العالمية لوظائف الموجة الكمومية ، وبالتالي فهي محصنة ضد الضوضاء المحلية. هنا ، نقدم إستراتيجية لقياس الثوابت الطوبولوجية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. نظهر أن استراتيجيتنا يمكن دمجها بسهولة مع eigensolver الكم المتغير (VQE) بحيث يمكن تمييز الخصائص الطوبولوجية للحالات الكمومية المتعددة الأجسام على الأجهزة الكمومية الحالية. نوضح الطبيعة القوية للطريقة من خلال قياس الثوابت الطوبولوجية لكل من النماذج غير المتفاعلة والمتفاعلة ، ورسم خرائط متفاعلة للطور الكمومي على المحاكيات الكمومية وأجهزة آي بي إم الكمومية.

قياس قوي لطوبولوجيا الدالة الموجية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية NISQ PlatoBlockchain Data Intelligence. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

الصورة المميزة: تتيح الإستراتيجية العامة إجراء حسابات دقيقة لأرقام Chern على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بشركة IBM.

ملخص شعبي

الحسابات على الأجهزة الكمومية متوسطة الحجم (NISQ) الحالية الصاخبة عرضة لأخطاء التشغيل أثناء تنفيذ الدوائر الكمومية. لذلك ، من الصعب تحديد التطبيقات المفيدة التي يمكن استخدام الأجهزة الكمومية الحالية عليها. نقدم هنا استراتيجية منهجية ، والتي يمكن دمجها بسهولة مع خوارزميات الكم المتغيرة ، لتوصيف خاصية رئيسية للمادة الكمومية: الدالة الموجية. اللافت للنظر ، لقد أوضحنا أنه يمكن حساب كمية مهمة واحدة تميز طوبولوجيا دالة الموجة ، رقم Chern ، بدقة على الأجهزة الكمومية الحالية دون أي تخفيف للخطأ أو تصحيح الخطأ. يعتبر عملنا دليلاً جذابًا على أن أجهزة NISQ قد تكون منصة جيدة لدراسة الحالات الطوبولوجية الكمومية والظواهر الطوبولوجية.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] دي جي ثوليس ، إم كوموتو ، إم بي نايتنجيل ، إم دين نيجس ، فيز. القس ليت. 49 ، 405 (1982).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.49.405

[2] Q. Niu و DJ Thouless و Y.-S. وو ، فيز. القس ب 31 ، 3372 (1985).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.31.3372

[3] DN Sheng و L. Sheng و ZY Weng و Phys. القس ب 73 ، 233406 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.73.233406

[4] H. Obuse ، A. Furusaki ، S. Ryu ، و C. Mudry ، Phys. القس ب 76 ، 075301 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.76.075301

[5] J. لي ، R.-L. Chu و JK Jain و S.-Q. شين ، فيز. القس ليت. 102 ، 136806 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.136806

[6] إي برودان ، ج. فيز. ج: الرياضيات. النظرية. 44 ، 113001 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​44/​11/​113001

[7] جيه تي تشالكر ، إم أورتونو ، وأم سوموزا ، فيز. القس ب 83 ، 115317 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.83.115317

[8] J. Liu و AC Potter و KT Law و PA Lee و Phys. القس ليت. 109 ، 267002 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.267002

[9] AM Lobos و RM Lutchyn و S. Das Sarma ، Phys. القس ليت. 109 ، 146403 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.146403

[10] EJ Konig و PM Ostrovsky و IV Protopopov و IV Gornyi و IS Burmistrov و AD Mirlin Phys. القس ب 88 ، 035106 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.88.035106

[11] ألتلاند ، د. باجريتس ، إل فريتز ، أ. كامينيف ، وإتش شميدت ، فيز. القس ليت. 112 ، 206602 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.206602

[12] موندراغون شيم ، تي إل هيوز ، جي سونغ ، وإي برودان ، فيز. القس ليت. 113 ، 046802 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.046802

[13] جيه سونغ ، وإي برودان ، فيز. القس ب 89 ، 224203 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.89.224203

[14] MS Foster، H.-Y. Xie و Y.-Z. تشو ، فيز. القس ب 89 ، 155140 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.89.155140

[15] وانج ، ب. ليان ، و S.-C. تشانغ ، فيز. القس ب 89 ، 085106 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.89.085106

[16] C. Liu و W. Gao و B. Yang و S. Zhang و Phys. القس ليت. 119 ، 183901 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.183901

[17] EJ Meier، FA An، A. Dauphin، M. Maffei، P. Massignan، TL Hughes، B. Gadway، Science 362، 929 (2018).
https: / / doi.org/10.1126 / science.aat3406

[18] S. Stutzer، Y. Plotnik، Y. Lumer، P. Titum، N. Linder، M. Segev، MC Rechtsman، and A. Szameit، Nature 560، 461 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-018-0418-2

[19] X. Xiao، arXiv: 1802.02687 (2018).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1802.02687
أرخايف: 1802.02687

[20] O. Shtanko ، و R. Movassagh ، Phys. القس ليت. 121 ، 126803 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.126803

[21] T. Okugawa ، P. Tang ، A. Rubio ، و DM Kennes ، Phys. Rev. B 102، 201405 (R) (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.201405

[22] P. Roushan، C. Neill، Yu Chen، M. Kolodrubetz، C. Quintana، N. Leung، M. Fang، R. Barends، B. Campbell، Z. Chen، B. Chiaro، A. Dunsworth، E. Jeffrey ، J. Kelly، A. Megrant، J.Mutus، PJJ O'Malley، D. Sank، A. Vainsencher، J. Wenner، T. White، A. Polkovnikov، AN Cleland and JM Martinis Nature 515، 241 (2014) .
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature13891

[23] K. Choo و CW von Keyserlingk و N. Regnault و T. Neupert و Phys. القس ليت. 121 ، 086808 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.086808

[24] A. Smith ، و B. Jobst ، و AG Green ، و F. Pollmann ، و Phys. Rev. Research 4، L022020 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.L022020

[25] D. Azses ، R. Haenel ، Y. Naveh ، R. Raussendorf ، E. Sela ، و EG DallaTorre ، Phys. القس ليت. 125 ، 120502 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.120502

[26] F. مي ، Q. Guo ، Y.-F. Yu، L. Xiao، S.-L. تشو ، وس. جيا ، فيز. القس ليت. 125 ، 160503 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.160503

[27] X. Xiao و JK Freericks و AF Kemper ، الكم 5 ، 553 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-09-28-553

[28] E. Flurin ، و VV Ramasesh ، و S. Hacohen-Gourgy ، و LS Martin ، و NY Yao ، و I. Siddiqi ، و Phys. القس X 7 ، 031023 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031023

[29] X. Zhan و L. Xiao و Z. Bian و K. Wang و X. Qiu و BC Sanders و W. Yi و P. Xue و Phys. القس ليت. 119 ، 130501 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.130501

[30] X.-Y. شو ، Q.-Q. وانغ ، دبليو- دبليو. بان ، ك. صن ، J.-S. شو ، جي تشين ، ج. تانغ ، إم غونغ ، Y.-J. هان ، سي. لي و ج. قوه ، فيز. القس ليت. 120 ، 260501 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.260501

[31] A. Elben، J. Yu، G. Zhu، M. Hafezi، F. Pollmann، P. Zoller، and B. Vermersch، Sci. حال. 6 ، eaaz3666 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaz3666

[32] جيه بريسكيل ، الكم 2 ، 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[33] A. Kandala ، K. Temme ، AD Corcoles ، A. Mezzacapo ، JM Chow ، و JM Gambetta ، Nature 567 ، 491 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1040-7

[34] KE Hamilton ، و RC Pooser ، ذكاء آلة الكم 2 ، 10 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / s42484-020-00021-X

[35] A.Cervera-Lierta، Quantum 2، 114 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-12-21-114

[36] K. Yeter-Aydeniz، RC Pooser، and G. Siopsis، npj Quantum Inf. 6 ، 63 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00290-1

[37] GE Volovik ، JETP Lett. 70 ، 609 (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1134 / 1.568223

[38] ن. ريد ، ود. جرين ، فيز. القس ب 61 ، 10267 (2000).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.61.10267

[39] T. Fukui ، و Y. Hutsugai ، و H. Suzuki ، و J. Phys. شركة Jpn. 74 ، 1674 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.74.1674

[40] PJJ O'malley ، وآخرون. فيز. القس X 6 ، 031007 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.031007

[41] A. Kandala ، A. Mezzacapo ، K. Temme ، M. Takita ، M. Brink ، JM Chow ، and JM Gambetta ، Nature 549، 242 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[42] سي كوكيل ، سي.ماير ، آر.فان بيجنين ، تي بريدجيس ، إم كيه جوشي ، بي جورسيفيتش ، سي إيه موشيك ، بي سيلفي ، آر.بلات ، سي إف روس ، ب.زولر ، Nature 569 ، 355 (2019) .
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1177-4

[43] X. Yaun، S. Endo، Q. Zhao، Y. Li and SC Benjamin، Quantum 3، 191 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-10-07-191

[44] إتش آر غريمسلي ، إس إي إيكونومو ، إي بارنز ، ونيوجيرسي مايهال نات. كومون. 10 ، 3007 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-10988-2

[45] Y. Hatsugai و M. Kohmoto و J. Phys. شركة اليابان 61 ، 2056 (1992).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1143 / JPSJ.61.2056

[46] K.Kudo ، H. Watanabe ، T. Kariyado ، و Y. Hatsugai ، Phys. القس ليت. 122 ، 146601 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.146601

[47] PW Philips و L. Yeo و EW Huang Nat. فيز. 16 ، 1175 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-0988-4

[48] X.-L. Qi و YS Wu و SC Zhang و Phys. القس ب 74 ، 085308 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.74.085308

[49] H.-Q. وو ، Y.-Y. هو و C.Fang و ZY Meng و Z.-Y. لو ، فيز. القس ليت. 117 ، 066403 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.066403

[50] ج. Bardyn، L. Wawer، A. Altland، M. Fleischhauer، and S. Diehl، Phys. القس X 8 ، 011035 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011035

[51] أهارونوف ، في.جونز ، و زد لانداو ، الخوارزمية 55 ، 395 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00453-008-9168-0

[52] ب.مورتا ، ج.كاتارينا ، ج. فرنانديز روسير فيز. القس أ 101 ، 020302 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.020302

[53] ألكساندرويتش وآخرون. Qiskit: إطار مفتوح المصدر للحوسبة الكمومية. (2019).
https: / / doi.org/ 10.5281 / ZENODO.2562111

[54] إي.نيل ، الطبيعة 434 ، 39 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature03350

[55] A. Cross و DP Divincenzo و BM Terhal و Quantum Info. حاسوب. 9 ، 541 (2009).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.0711.1556

[56] J. Lee و WJ Huggins و M. Head-Gordon and KB Whaley و J. Chem. نظرية الحساب. 15 ، 311 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b01004

[57] تشن ، H.-P. تشنغ وجي كي فريريكس ، جيه كيم. نظرية الحساب. 17 ، 841 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.0c01052

[58] Y. ياو ، ف. تشانغ ، C.-Z. وانغ ، ك. Ho و PP Orth Phys. القس البحث 3 ، 013184 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013184

[59] K. Mitarai و K. Fujii ، Phys. القس Reseach 1، 013006 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.1.013006

[60] Z.-P. Cian ، H. Dehghani ، A. Elben ، B. Vermersch ، G. Zhu ، M. Barkeshli ، P. Zoller ، and M. Hafezi ، Phys. القس ليت. 126 ، 050501 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.050501

[61] IG Ryabinkin ، T.-C. الين ، SN Genin ، و AF Izmaylov ، J. Chem. نظرية الحساب. 14 ، 6317 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00932

[62] M. Motta ، C. Sun ، AT Tan ، MJ O'Rourke ، E. Ye ، AJ Minnich ، FG Brandao ، GK-L. تشان نات. فيز. 16 ، 205 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-019-0704-4

[63] DA Fedorov، B. Peng، N. Govind، and Y. Alexeev، arXiv: 2103.08505 (2021).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.2103.08505

دليلنا يستخدم من قبل

[1] Efekan Kökcü و Daan Camps و Lindsay Bassman و JK Freericks و Wibe A. de Jong و Roel Van Beeumen و Alexander F. Physical Review A 105 3، 032420 (2022).

[2] Huai-Chun Chang و Hsiu-Chuan Hsu ، "محاكاة الكم الرقمية للثوابت الطوبولوجية الديناميكية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية على المدى القريب" ، معالجة المعلومات الكمية 21 1 ، 41 (2022).

[3] Emiel Koridon و Joana Fraxanet و Alexandre Dauphin و Lucas Visscher و Thomas E. O'Brien و Stefano Polla ، "خوارزمية كمومية هجينة لاكتشاف التقاطعات المخروطية" ، أرخايف: 2304.06070, (2023).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-04-28 00:01:35). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2023-04-28 00:01:33).

نشرت هذه الورقة في الكم تحت نسبة المشاع الإبداعي 4.0 الدولية (CC BY 4.0) رخصة. يظل حقوق الطبع والنشر مع مالكي حقوق الطبع والنشر الأصليين مثل المؤلفين أو مؤسساتهم.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم