Stewart Blusson Quantum Matter Institute, University of British Columbia, Vancouver V6T 1Z4, BC, Kanada
Institut für Physikalische Chemie, Universität des Baskenlandes UPV / EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Spanien
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Abstrakt
Wir stellen einen hybriden quantenklassischen Variationsalgorithmus vor, um Grundzustands-Phasendiagramme von frustrierten Quantenspinmodellen im thermodynamischen Limit zu simulieren. Die Methode basiert auf einem Cluster-Gutzwiller-Ansatz, bei dem die Wellenfunktion des Clusters von einer parametrisierten Quantenschaltung bereitgestellt wird, deren Hauptbestandteil ein echtes Zwei-Qubit-XY-Gatter ist, das es ermöglicht, Valenzbindungen auf Qubits des nächsten Nachbarn effizient zu erzeugen. Zusätzliche abstimmbare Einzel-Qubit-Z- und Zwei-Qubit-ZZ-Rotationsgatter ermöglichen die Beschreibung von magnetisch geordneten und paramagnetischen Phasen, während die Variationsoptimierung auf den U(1)-Unterraum beschränkt wird. Wir vergleichen die Methode mit dem $J1-J2$ Heisenberg-Modell auf dem quadratischen Gitter und decken sein Phasendiagramm auf, das langreichweitige geordnete Neel- und kolumnare antiferromagnetische Phasen sowie eine durch a gekennzeichnete Festphase mit Valenzbindung enthält periodisches Muster von 2×2 stark korrelierten Plaketten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Konvergenz des Algorithmus vom Einsetzen der Fernordnung geleitet wird, was einen vielversprechenden Weg zur synthetischen Realisierung frustrierter Quantenmagnete und ihres Quantenphasenübergangs zu paramagnetischen Festkörpern mit Valenzbindung mit derzeit entwickelten supraleitenden Schaltkreisen eröffnet.
Ausgewähltes Bild: Schematische Q-HMFT-Schleife für den im Artikel diskutierten 2×2-Qubit-Cluster.
Populäre Zusammenfassung
Hier stellen wir einen VQA vor, um 2D frustrierte Quantenmagnete im thermodynamischen Limit zu simulieren. Aufbauend auf dem Cluster-Gutzwiller-Ansatz der hierarchischen Mean-Field-Theorie (HMFT) liefert ein parametrisierter Quantenschaltkreis die Wellenfunktion des Clusters, während Informationen des unendlichen Gitters durch eine Mean-Field-Einbettung bereitgestellt werden. Numerische Benchmark-Simulationen dieser textit{quantenunterstützten} (Q-) HMFT auf dem paradigmatischen J1-J2 Heisenberg-Antiferromagneten auf dem quadratischen Gitter zeigen, dass die Konvergenz des Algorithmus durch das Einsetzen der Fernordnung vorangetrieben wird, was einen vielversprechenden Weg eröffnet zur Quantensimulation von 2D-Quantenmagneten und deren Quantenphasenübergängen zu valenzgebundenen Festphasen mit aktueller supraleitender Schaltungstechnik.
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Zitiert von
[1] Bruno Murta, Pedro MQ Cruz und J. Fernández-Rossier, „Vorbereitung von Valence-Bond-Solid-Zuständen auf verrauschten Quantencomputern im mittleren Maßstab“, arXiv: 2207.07725.
[2] Verena Feulner und Michael J. Hartmann, „Variational Quantum Eigensolver Ansatz for the J1-J2 -Modell", Physische Überprüfung B 106 14, 144426 (2022).
[3] Rasmus Berg Jensen, Simon Panyella Pedersen und Nikolaj Thomas Zinner, „Dynamische Quantenphasenübergänge in einer verrauschten Gittereichtheorie“, Physische Überprüfung B 105 22, 224309 (2022).
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