Quantum State Preparation Via Engineered Ancilla Reset

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Quantum state preparation via engineered ancilla resetting PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Daniel Alcalde Puente^1,2, Felix Motzoi¹, Tommaso Calarco^1,2,3, Giovanna Morigi⁴og Matteo Rizzi^1,2

¹Forschungszentrum Jülich, Institut for Kvantekontrol, Peter Grünberg Institut (PGI-8), 52425 Jülich, Tyskland
²Institut for Teoretisk Fysik, Köln Universitet, 50937 Köln, Tyskland
³Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, Italien
⁴Teoretisk fysik, Institut for Fysik, Saarlands Universitet, 66123 Saarbrücken, Tyskland

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

I denne teoretiske undersøgelse undersøger vi effektiviteten af en protokol, der inkorporerer periodisk kvante-nulstilling til at forberede grundtilstande for frustrationsfrie forældre Hamiltonianere. Denne protokol bruger en styrende Hamiltonian, der muliggør lokal kobling mellem systemet og tilhørende frihedsgrader. Med periodiske intervaller nulstilles hjælpesystemet til dets udgangstilstand. For uendeligt korte nulstillingstider kan dynamikken tilnærmes af en Lindbladianer, hvis steady state er måltilstanden. For endelige nulstillingstider bliver spin-kæden og ancilla imidlertid viklet ind mellem nulstillingsoperationer. For at evaluere protokollen anvender vi Matrix Product State-simuleringer og kvantebaneteknikker med fokus på forberedelsen af spin-1 Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki-tilstanden. Vores analyse overvejer konvergenstid, troskab og energiudvikling under forskellige nulstillingsintervaller. Vores numeriske resultater viser, at ancilla-systemsammenfiltring er afgørende for hurtigere konvergens. Især eksisterer der et optimalt nulstillingstidspunkt, hvor protokollen fungerer bedst. Ved hjælp af en simpel tilnærmelse giver vi indsigt i, hvordan man optimalt vælger de kortlægningsoperatører, der anvendes på systemet under nulstillingsproceduren. Ydermere viser protokollen bemærkelsesværdig modstandsdygtighed over for små afvigelser i nulstillingstid og udfasningsstøj. Vores undersøgelse tyder på, at stroboskopiske kort, der bruger kvante-nulstilling, kan tilbyde fordele i forhold til alternative metoder, såsom kvantereservoirteknik og kvantetilstandsstyringsprotokoller, som er afhængige af Markovsk dynamik.

► BibTeX-data

@article{Puente2024quantumstate, doi = {10.22331/q-2024-03-27-1299}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-03-27-1299}, title = {Kvantetilstandsforberedelse via konstrueret ancilla-nulstilling}, forfatter = {Puente, Daniel Alcalde og Motzoi, Felix og Calarco, Tommaso og Morigi, Giovanna og Rizzi, Matteo}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in the Quantenwissenschaften}}, volumen = {8}, sider = {1299}, måned = marts, år = {2024} }

► Referencer

[1] John Preskill. "Quantum Computing i NISQ-æraen og derefter". Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[2] Jens Eisert. "Forviklinger af kraft og kvantekredsløbskompleksitet". Physical Review Letters 127, 020501 (2021). url: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.127.020501.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.127.020501

[3] Tameem Albash og Daniel A. Lidar. "Adiabatisk kvanteberegning". Rev. Mod. Phys. 90, 015002 (2018).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.90.015002

[4] Pimonpan Sompet, Sarah Hirthe, Dominik Bourgund, Thomas Chalopin, Julian Bibo, Joannis Koepsell, Petar Bojović, Ruben Verresen, Frank Pollmann, Guillaume Salomon, et al. "Realisering af den symmetribeskyttede haldane-fase i fermi-hubbard stiger". NaturePages 1-5 (2022). url: https:///doi.org/10.1038/s41586-022-04688-z.
https:///doi.org/10.1038/s41586-022-04688-z

[5] Zhi-Yuan Wei, Daniel Malz og J. Ignacio Cirac. "Effektiv adiabatisk forberedelse af tensornetværkstilstande". Physical Review Research 5 (2023).
https:///doi.org/10.1103/physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac og MM Wolf. "Sekventiel generering af sammenfiltrede multiqubit-tilstande". Phys. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P Kaicher og Frank K Wilhelm. "Lineære og logaritmiske tidssammensætninger af kvante-mangekropsoperatorer". Physical review letters 119, 160503 (2017). url: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.119.160503.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.119.160503

[8] JF Poyatos, JI Cirac og P. Zoller. "Quantum reservoir engineering med laserkølede fangede ioner". Phys. Rev. Lett. 77, 4728-4731 (1996).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali og Luiz Davidovich. "Generering af einstein-podolsky-rosen-sammenfiltrede stråling gennem et atomreservoir". Phys. Rev. Lett. 98, 240401 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler og P. Zoller. "Kvantetilstande og faser i drevne åbne kvantesystemer med kolde atomer". Nature Physics 4, 878-883 (2008).
https://doi.org/10.1038/nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf og J. Ignacio Cirac. "Kvanteberegning og kvantetilstandsteknik drevet af dissipation". Nature Physics 5, 633-636 (2009).
https://doi.org/10.1038/nphys1342

[12] SG Schirmer og Xiaoting Wang. "Stabilisering af åbne kvantesystemer ved Markovian reservoir engineering". Fysisk anmeldelse A 81, 062306 (2010).
https:///doi.org/10.1103/physreva.81.062306

[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried og David J. Wineland. "Dissipativ kvantekontrol af en spin-kæde". Phys. Rev. Lett. 115, 200502 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi og Mikhail D Lukin. "Symmetribeskyttet dissipativ fremstilling af matrixprodukttilstande". Physical Review A 104, 032418 (2021). url: https:///doi.org/10.1103/physreva.104.032418.
https:///doi.org/10.1103/physreva.104.032418

[15] Felix Motzoi, Eli Halperin, Xiaoting Wang, K Birgitta Whaley og Sophie Schirmer. "Backaction-drevet, robust, steady-state langdistance-qubit-sammenfiltring over tabsgivende kanaler". Fysisk anmeldelse A 94, 032313 (2016). url: https:///doi.org/10.1103/physreva.94.032313.
https:///doi.org/10.1103/physreva.94.032313

[16] Kevin C. Smith, Eleanor Crane, Nathan Wiebe og SM Girvin. "Deterministisk konstant-dybde-forberedelse af aklt-tilstanden på en kvanteprocessor ved hjælp af fusionsmålinger". PRX Quantum 4 (2023).
https:///doi.org/10.1103/prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath og Ruben Verresen. "Langrækkende sammenfiltring fra måling af symmetribeskyttede topologiske faser" (2021). url: https:///arxiv.org/abs/2112.01519.
arXiv: 2112.01519

[18] Clément Sayrin, Igor Dotsenko, Xingxing Zhou, Bruno Peaudecerf, Théo Rybarczyk, Sébastien Gleyzes, Pierre Rouchon, Mazyar Mirrahimi, Hadis Amini, Michel Brune, et al. "Kvantefeedback i realtid forbereder og stabiliserer fotonnummertilstande". Nature 477, 73-77 (2011). url: https://doi.org/10.1038/nature10376.
https:///doi.org/10.1038/nature10376

[19] R Vijay, Chris Macklin, DH Slichter, SJ Weber, KW Murch, Ravi Naik, Alexander N Korotkov og Irfan Siddiqi. "Stabilisering af rabi-oscillationer i en superledende qubit ved hjælp af kvantefeedback". Nature 490, 77–80 (2012). url: https://doi.org/10.1038/nature11505.
https:///doi.org/10.1038/nature11505

[20] D Riste, M Dukalski, CA Watson, G De Lange, MJ Tiggelman, Ya M Blanter, Konrad W Lehnert, RN Schouten og L DiCarlo. "Deterministisk sammenfiltring af superledende qubits ved paritetsmåling og feedback". Nature 502, 350–354 (2013). url: https://doi.org/10.1038/nature12513.
https:///doi.org/10.1038/nature12513

[21] Hideo Mabuchi. "Kontinuerlig kvantefejlkorrektion som klassisk hybridkontrol". New Journal of Physics 11, 105044 (2009). url: https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/10/105044.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/10/105044

[22] Joseph Kerckhoff, Hendra I Nurdin, Dmitri S Pavlichin og Hideo Mabuchi. "Design af kvantehukommelser med indlejret kontrol: fotoniske kredsløb til autonom kvantefejlkorrektion". Physical Review Letters 105, 040502 (2010). url: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.105.040502.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.105.040502

[23] Leigh Martin, Felix Motzoi, Hanhan Li, Mohan Sarovar og K Birgitta Whaley. "Deterministisk generering af fjernforviklinger med aktiv kvantefeedback". Fysisk anmeldelse A 92, 062321 (2015). url: https:///doi.org/10.1103/physreva.92.062321.
https:///doi.org/10.1103/physreva.92.062321

[24] Google Quantum AI. "Undertrykkelse af kvantefejl ved at skalere en overfladekodelogisk qubit". Nature 614, 676-681 (2023). url: https:///doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1.
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1

[25] Daniel Burgarth og Vittorio Giovannetti. "Medieret homogenisering". Phys. Rev. A 76, 062307 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.76.062307

[26] Daniel Burgarth og Vittorio Giovannetti. "Fuld kontrol ved lokalt induceret afslapning". Phys. Rev. Lett. 99, 100501 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch og Erez Berg. "Programmerbar adiabatisk demagnetisering for systemer med trivielle og topologiske excitationer" (2022). url: https:///arxiv.org/abs/2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi og Yuval Gefen. "Måle-induceret styring af kvantesystemer". Physical Review Research 2, 033347 (2020). url: https:///doi.org/10.1103/physrevresearch.2.033347.
https:///doi.org/10.1103/physrevresearch.2.033347

[29] Cristopher Moore og Martin Nilsson. "Parallel kvanteberegning og kvantekoder". SIAM journal on computing 31, 799–815 (2001). url: https:///doi.org/10.1137/s0097539799355053.
https://doi.org/10.1137/s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter og Kohei M Itoh. "Hurtig kvantemodulær eksponentiering". Physical Review A 71, 052320 (2005). url: https:///doi.org/10.1103/physreva.71.052320.
https:///doi.org/10.1103/physreva.71.052320

[31] Bhaskar Gaur, Edgard Muñoz-Coreas og Himanshu Thapliyal. "En logaritmisk dybdekvante-bære-lookahead modulo (2n – 1) adderer". I Proceedings of the Great Lakes Symposium om VLSI 2023. Side 125-130. (2023).
https:///doi.org/10.1145/3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang og Howard M Wiseman. "Kohærent feedback, der slår alle målebaserede feedback-protokoller". New Journal of Physics 16, 073036 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/7/073036

[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga og Martin B Plenio. "Forvikling og ikke-markovianitet af kvanteudviklinger". Physical review letters 105, 050403 (2010). url: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.105.050403.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.105.050403

[34] Ruben Verresen, Roderich Moessner og Frank Pollmann. "En-dimensionel symmetri beskyttede topologiske faser og deres overgange". Fysisk gennemgang B 96, 165124 (2017). url: https:///doi.org/10.1103/physrevb.96.165124.
https:///doi.org/10.1103/physrevb.96.165124

[35] Frank Pollmann og Ari M Turner. "Detektion af symmetribeskyttede topologiske faser i én dimension". Fysisk gennemgang b 86, 125441 (2012). url: https:///doi.org/10.1103/physrevb.86.125441.
https:///doi.org/10.1103/physrevb.86.125441

[36] Gavin K Brennen og Akimasa Miyake. "Målebaseret kvantecomputer i den gappede grundtilstand af en to-krops hamiltonian". Physical review letters 101, 010502 (2008). url: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.101.010502.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.101.010502

[37] P. Filipowicz, J. Javanainen og P. Meystre. "Teori om en mikroskopisk maser". Phys. Rev. A 34, 3077-3087 (1986).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.34.3077

[38] John J. Slosser og Pierre Meystre. "Tangente og cotangente tilstande af det elektromagnetiske felt". Phys. Rev. A 41, 3867-3874 (1990).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.41.3867

[39] Hans-Jürgen Briegel og Berthold-Georg Englert. "Makroskopisk dynamik af en maser med ikke-poissonisk injektionsstatistik". Phys. Rev. A 52, 2361-2375 (1995).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer og Hans Maassen. "Kvantetilstandsforberedelse via asymptotisk fuldstændighed". Phys. Rev. Lett. 85, 3361-3364 (2000).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali og Giovanna Morigi. "Konstruktion af atomare kvantereservoirer til fotoner". Phys. Rev. A 81, 043802 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov og P Hänggi. "Asymptotiske floquet-tilstande af åbne kvantesystemer: interaktionens rolle". New Journal of Physics 19, 083011 (2017).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein og H. Walther. "Fangsttilstande i mikromaseren". Phys. Rev. Lett. 82, 3795-3798 (1999).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger og H. Walther. "Forberedelse af rene fotonnummertilstande i strålingsfeltet". Nature 403, 743-746 (2000).
https:///doi.org/10.1038/35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein og P. Zoller. "Ground-state laser køling ud over lamb-dick grænsen". Europhysics Letters 39, 13 (1997).
https://doi.org/10.1209/epl/i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger og P. Zoller. "Laserkøling af fangede atomer til grundtilstanden: En mørk tilstand i positionsrummet". Phys. Rev. A 57, 2909-2914 (1998).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin og Klaus Mølmer. "Bølgefunktionstilgang til dissipative processer i kvanteoptik". Phys. Rev. Lett. 68, 580-583 (1992).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller og H. Ritsch. "Monte carlo simulering af den atomare hovedligning for spontan emission". Phys. Rev. A 45, 4879-4887 (1992).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür og JI Cirac. "Separerbare tilstande kan bruges til at distribuere sammenfiltring". Phys. Rev. Lett. 91, 037902 (2003).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán og Shamik Gupta. "Sti-integral formalisme til stokastisk nulstilling: Præcis løste eksempler og genveje til indespærring". Phys. Rev. E 96, 022130 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta og Satya N. Majumdar. "Kvantedynamik med stokastisk nulstilling". Phys. Rev. B 98, 104309 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin og E. Barkai. "Genstart fremskynder quantum walk-slagtider". Phys. Rev. Lett. 130, 050802 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.050802

[53] Jutho Haegeman, J Ignacio Cirac, Tobias J Osborne, Iztok Pižorn, Henri Verschelde og Frank Verstraete. "Tidsafhængig variationsprincip for kvantegitre". Physical review letters 107, 070601 (2011). url: https:///doi.org/10.1007/3-540-10579-4_20.
https://doi.org/10.1007/3-540-10579-4_20

[54] Andrew J. Daley. "Kvantebaner og åbne kvantesystemer med mange krop". Advances in Physics 63, 77-149 (2014).
https:///doi.org/10.1080/00018732.2014.933502

[55] Jülich Supercomputing Center. "Jureca: Datacentrerede og boostermoduler, der implementerer den modulære supercomputing-arkitektur på jülich supercomputingcenter". Tidsskrift for store forskningsfaciliteter 7, A182 (2021).
https://doi.org/10.17815/jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg og Tzu-Chieh Wei. "Spektrale huller af affleck-kennedy-lieb-tasaki hamiltonianere ved hjælp af tensornetværksmetoder". Fysisk gennemgang B 88, 245118 (2013). url: https:///doi.org/10.1103/physrevb.88.245118.
https:///doi.org/10.1103/physrevb.88.245118

Citeret af

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov og Reinhold Egger, "Enginering af ustyrbare kvantetilstande med aktiv feedback", Physical Review Research 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow og Eli Barkai, "Genstart usikkerhedsrelation for overvåget kvantedynamik", arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya og Shamik Gupta, "Tæt-bindende model underlagt betingede nulstillinger på tilfældige tidspunkter", Fysisk gennemgang E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu og Giovanna Morigi, "Opstigning og fald af sammenfiltring mellem to qubits i et ikke-markovsk bad", Fysisk anmeldelse A 108 3, 032205 (2023).

[5] Lucas Marti, Refik Mansuroglu og Michael J. Hartmann, "Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems", arXiv: 2403.14506, (2024).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2024-03-28 00:54:20). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2024-03-28 00:54:18).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-03-27-1299/

Tidsstempel: Marts 27, 2024

Tidsstempel: Oktober 13, 2022

Kvantetilstandsforberedelse via konstrueret ekstra nulstilling

Genudgivet af Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referencer

Citeret af

Mere fra Quantum Journal

Hamiltoniansk læring med høj nøjagtighed via delokaliserede kvantetilstandsudviklinger

Benchmarking af Planar Honeycomb Code

Robust udvinding af termiske observerbare elementer fra tilstandsprøvetagning og realtidsdynamik på kvantecomputere

Ortonormale baser for ekstrem kvantetilstand

Ydeevneanalyse af kvanterepeatere aktiveret af deterministisk genererede fotoniske graftilstande

Kvantemetoder til neurale netværk og anvendelse til medicinsk billedklassificering

Kvantificering af EPR: ressourceteorien om ikke-klassicitet af almindelige årsagssamlinger

Design af kvanteoptiske eksperimenter med logisk kunstig intelligens

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto