Emergente Quantenzustandsdesigns und Biunitarität in der Dynamik von Dual-Unitary-Schaltungen PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Emergente Quantenzustandsdesigns und Biunitarität in der Dynamik dual-unitärer Schaltkreise

Zeitstempel: 15. Juni 2022, 7:13 Uhr

Pieter W. Claeys1,2 und Austen Lamacraft2

1Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, 01187 Dresden, Deutschland
2TCM-Gruppe, Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge CB3 0HE, UK

Findest du dieses Paper interessant oder möchtest du darüber diskutieren? Scite oder hinterlasse einen Kommentar zu SciRate.

Abstrakt

Neuere Arbeiten haben die Entstehung einer neuen Art von zufälligem Matrixverhalten in der einheitlichen Dynamik nach einer Quantenlöschung untersucht. Ausgehend von einem zeitentwickelten Zustand kann ein Ensemble von reinen Zuständen, die von einem kleinen Subsystem unterstützt werden, durch projektive Messungen am Rest des Systems erzeugt werden, was zu einem $textit{projected ensemble}$ führt. In chaotischen Quantensystemen wurde vermutet, dass solche projizierten Ensembles ununterscheidbar vom einheitlichen Haar-Random-Ensemble werden und zu einem $textit{Quantenzustandsdesign}$ führen. Genaue Ergebnisse wurden kürzlich von Ho und Choi [Phys. Rev. Lett. 128, 060601 (2022)] für das gekickte Ising-Modell am Selbstdualpunkt. Wir bieten eine alternative Konstruktion, die auf allgemeine chaotische Dual-Unitary-Schaltungen mit lösbaren Anfangszuständen und Messungen erweitert werden kann, heben die Rolle der zugrunde liegenden Dual-Unitarität hervor und zeigen weiter, wie Dual-Unitary-Schaltungsmodelle sowohl eine exakte Lösbarkeit als auch ein zufälliges Matrixverhalten aufweisen. Aufbauend auf Ergebnissen aus biunitären Zusammenhängen zeigen wir, wie komplexe Hadamard-Matrizen und unitäre Fehlerbasen beide zu lösbaren Messverfahren führen.

Ausgewähltes Bild: Schematische Darstellung eines Quantenschaltkreises, für den Messungen am beobachteten Teilsystem B zufällige Zustände am unbeobachteten Teilsystem A zurückgeben.

Populäre Zusammenfassung

Jüngste Demonstrationen der Quantenüberlegenheit basierten auf der Herstellung zufälliger Quantenzustände. In diesen Experimenten wurde die Zufälligkeit eingeführt, indem experimentelle Parameter unter Verwendung gewöhnlicher (Pseudo-)Zufallszahlengeneratoren gewählt wurden. Kürzlich wurde ein alternativer Ansatz vorgeschlagen: Durch die Messung eines Teils eines großen Quantensystems könnte die dem Quantenmessprozess selbst innewohnende Unsicherheit genutzt werden, um einen zufälligen Quantenzustand im unbeobachteten Teil des Systems zu erzeugen.

Damit dieser Ansatz funktioniert, muss der Staat ein hohes Maß an Verstrickung zwischen den beiden Subsystemen aufweisen. Andererseits müssen realisierbare experimentelle Realisierungen lokal sein: zum Beispiel durch Operationen an benachbarten Qubits gebildet. In diesem Artikel zeigen wir, dass eine kürzlich eingeführte Familie von Quantenschaltkreisen aus Dual-Unitary-Gattern genau die notwendigen Zutaten liefert, um willkürlich zufällige Quantenzustände durch die Methode der Teilmessung aufzubauen. Neben möglichen Anwendungen für das Benchmarking von Quantencomputern bieten unsere Ergebnisse einen detaillierten Einblick in die quantenchaotischen Eigenschaften der Wellenfunktionen eines erweiterten Systems.

► BibTeX-Daten

► Referenzen

[1] L. D'Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov und M. Rigol, Adv. Phys. 65, 239 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2016.1198134

[2] H.-J. Stöckmann, Quantenchaos: Eine Einführung (Cambridge University Press, Cambridge, 1999).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511524622

[3] F. Haake, Quantensignaturen des Chaos, Springer Series in Synergetics, Vol. 54, No. 2010 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, XNUMX).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-05428-0

[4] M. Akila, D. Waltner, B. Gutkin und T. Guhr, J. Phys. A: Mathe. Theor. 49, 375101 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​37/​375101

[5] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, Phys. Rev. Lett. 121, 264101 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.121.264101

[6] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, Phys. Rev. X 9, 021033 (2019a).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.9.021033

[7] S. Gopalakrishnan und A. Lamacraft, Phys. Rev. B 100, 064309 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.100.064309

[8] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, Phys. Rev. Lett. 123, 210601 (2019b).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.123.210601

[9] SA Eher, S. Aravinda und A. Lakshminarayan, Phys. Rev. Lett. 125, 070501 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.125.070501

[10] B. Gutkin, P. Braun, M. Akila, D. Waltner und T. Guhr, Phys. Rev. B 102, 174307 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.102.174307

[11] S. Aravinda, SA Rather, und A. Lakshminarayan, Phys. Rev. Research 3, 043034 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043034

[12] PW Claeys und A. Lamacraft, Phys. Rev. Lett. 126, 100603 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.126.100603

[13] T. Prosen, Chaos 31, 093101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0056970

[14] S. Singh und I. Nechita, arXiv:2112.11123 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ac7017
arXiv: 2112.11123v1

[15] M. Borsi und B. Pozsgay, arXiv:2201.07768 (2022).
arXiv: 2201.07768

[16] PW Claeys und A. Lamacraft, Phys. Rev. Research 2, 033032 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033032

[17] B. Bertini und L. Piroli, Phys. Rev. B 102, 064305 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.102.064305

[18] R. Suzuki, K. Mitarai und K. Fujii, Quantum 6, 631 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-24-631

[19] L. Piroli, B. Bertini, JI Cirac und T. Prosen, Phys. Rev. B 101, 094304 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.101.094304

[20] B. Jonnadula, P. Mandayam, K. Życzkowski und A. Lakshminarayan, Phys. Rev. Research 2, 043126 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043126

[21] I. Reid und B. Bertini, Phys. Rev. B 104, 014301 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.104.014301

[22] P. Kos, B. Bertini und T. Prosen, Phys. Rev. X 11, 011022 (2021a).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.11.011022

[23] A. Lerose, M. Sonner und DA Abanin, Phys. Rev. X 11, 021040 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.11.021040

[24] G. Giudice, G. Giudici, M. Sonner, J. Thoenniss, A. Lerose, DA Abanin und L. Piroli, Phys. Rev. Lett. 128, 220401 (2022).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.128.220401

[25] A. Lerose, M. Sonner und DA Abanin, arXiv:2201.04150 (2022).
arXiv: 2201.04150

[26] A. Zabalo, M. Gullans, J. Wilson, R. Vasseur, A. Ludwig, S. Gopalakrishnan, DA Huse und J. Pixley, Phys. Rev. Lett. 128, 050602 (2022).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.128.050602

[27] E. Chertkov, J. Bohnet, D. Francois, J. Gaebler, D. Gresh, A. Hankin, K. Lee, R. Tobey, D. Hayes, B. Neyenhuis, R. Stutz, AC Potter und M. Foss-Feig, arXiv:2105.09324 (2021).
arXiv: 2105.09324

[28] X. Mi, P. Roushan, C. Quintana, S. Mandra, J. Marshall, C. Neill, F. Arute, K. Arya, J. Atalaya, R. Babbush, JC Bardin, R. Barends, J. Basso , A. Bengtsson, S. Boixo, A. Bourassa, M. Broughton, BB Buckley, DA Buell, B. Burkett, N. Bushnell, Z. Chen, B. Chiaro, R. Collins, W. Courtney, S. Demura , AR Derk, A. Dunsworth, D. Eppens, C. Erickson, E. Farhi, AG Fowler, B. Foxen, C. Gidney, M. Giustina, JA Gross, MP Harrigan, SD Harrington, J. Hilton, A. Ho, S. Hong, T. Huang, WJ Huggins, LB Ioffe, SV Isakov, E. Jeffrey, Z. Jiang, C. Jones, D. Kafri, J. Kelly, S. Kim, A. Kitaev, PV Klimov, AN Korotkov, F. Kostritsa, D. Landhuis, P. Laptev, E. Lucero, O. Martin, JR McClean, T. McCourt, M. McEwen, A. Megrant, KC Miao, M. Mohseni, S. Montazeri, W Mruczkiewicz, J. Mutus, O. Naaman, M. Neeley, M. Newman, MY Niu, TE O'Brien, A. Opremcak, E. Ostby, B. Pato, A. Petukhov, N. Redd, NC Rubin, D. Sank, KJ Satzinger, V. Shvarts, D. Strain, M. Szalay, MD Trevithick, B. Villalonga, T. White, ZJ Yao, P. Yeh, A. Zalcman, H. Neven, I. Aleiner, K. Kechedzhi, V. Smelyanskiy und Y. Chen, Science (2021), 10.1126/​science.abg5029.
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abg5029

[29] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, Commun. Mathematik. Phys. 387, 597 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-021-04139-2

[30] P. Kos, B. Bertini und T. Prosen, Phys. Rev. Lett. 126, 190601 (2021b).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.126.190601

[31] F. Fritzsch und T. Prosen, Phys. Rev. E 103, 062133 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.103.062133

[32] JS Cotler, DK Mark, H.-Y. Huang, F. Hernandez, J. Choi, AL Shaw, M. Endres und S. Choi, arXiv:2103.03536 (2021).
arXiv: 2103.03536

[33] J. Choi, AL Shaw, IS Madjarov, X. Xie, JP Covey, JS Cotler, DK Mark, H.-Y. Huang, A. Kale, H. Pichler, FGSL Brandão, S. Choi und M. Endres, arXiv:2103.03535 (2021).
arXiv: 2103.03535

[34] WW Ho und S. Choi, Phys. Rev. Lett. 128, 060601 (2022).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.128.060601

[35] D. Gross, K. Audenaert und J. Eisert, J. Math. Phys. 48, 052104 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2716992

[36] A. Ambainis und J. Emerson, in Twenty-Second Annual IEEE Conference on Computational Complexity (CCC'07) (2007), S. 129–140, iSSN: 1093-0159.
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2007.26

[37] DA Roberts und B. Yoshida, J. High Energ. Phys. 2017, 121 (2017).
https: // doi.org/ 10.1007 / JHEP04 (2017) 121

[38] H. Wilming und I. Roth, arXiv:2202.01669 (2022).
arXiv: 2202.01669

[39] DJ Reutter und J. Vicary, Higher Structures 3, 109 (2019).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1609.07775

[40] A. Chandran und CR Laumann, Phys. Rev. B 92, 024301 (2015).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.92.024301

[41] A. Nahum, J. Ruhman, S. Vijay und J. Haah, Phys. Rev. X 7, 031016 (2017).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.7.031016

[42] V. Khemani, A. Vishwanath und DA Huse, Phys. Rev. X 8, 031057 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.031057

[43] C. von Keyserlingk, T. Rakovszky, F. Pollmann und S. Sondhi, Phys. Rev. X 8, 021013 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.021013

[44] A. Nahum, S. Vijay und J. Haah, Phys. Rev. X 8, 021014 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.021014

[45] A. Chan, A. De Luca und J. Chalker, Phys. Rev. X 8, 041019 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.041019

[46] T. Rakovszky, F. Pollmann und C. von Keyserlingk, Phys. Rev. X 8, 031058 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.8.031058

[47] T. Rakovszky, F. Pollmann und C. von Keyserlingk, Phys. Rev. Lett. 122, 250602 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.122.250602

[48] T. Zhou und A. Nahum, Phys. Rev. X 10, 031066 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.10.031066

[49] S. Garratt und J. Chalker, Phys. Rev. X 11, 021051 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.11.021051

[50] J. Bensa und M. Žnidarič, Phys. Rev. X 11, 031019 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.11.031019

[51] R. Orús, Ann. Physik. 349, 117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013

[52] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, SciPost Phys. 8, 067 (2020a).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.8.4.067

[53] D.Weingarten, J.Math. Phys. 19, 999 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.523807

[54] B. Collins, Int. Mathematik. Auflösung Nicht. 2003, 953 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1155 / S107379280320917X

[55] B. Collins und P. Śniady, Commun. Mathematik. Phys. 264, 773 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1554-3

[56] B. Bertini, P. Kos und T. Prosen, SciPost Phy. 8, 068 (2020b).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.8.4.068

[57] Z. Webb, QIC 16, 1379 (2016).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC16.15-16-8

[58] E. Knill, Nichtbinäre einheitliche Fehlerbasen und Quantencodes, Tech. Rep. LA-UR-96-2717 (Los Alamos National Lab. (LANL), Los Alamos, NM (Vereinigte Staaten), 1996).
https: / / doi.org/ 10.2172 / 373768

[59] P. Shor, in Proceedings of 37th Conference on Foundations of Computer Science (1996) S. 56–65, iSSN: 0272-5428.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1996.548464

[60] RF Werner, J. Phys. A: Mathe. Gen. 34, 7081 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​332

[61] J. Hauschild und F. Pollmann, SciPost Phys. Vortrag. Notizen , 005 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

[62] Y. Li, X. Chen und MPA Fisher, Phys. Rev. B 98, 205136 (2018).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.98.205136

[63] B. Skinner, J. Ruhman und A. Nahum, Phys. Rev. X 9, 031009 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.9.031009

[64] A. Chan, RM Nandkishore, M. Pretko und G. Smith, Phys. Rev. B 99, 224307 (2019).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.99.224307

[65] MJ Gullans und DA Huse, Phys. Rev. X 10, 041020 (2020).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevX.10.041020

[66] M. Ippoliti und WW Ho, arXiv:2204.13657 (2022).
arXiv: 2204.13657

Zitiert von

[1] Matteo Ippoliti und Wen Wei Ho, „Dynamische Reinigung und die Entstehung von Quantenzustandsdesigns aus dem projizierten Ensemble“, arXiv: 2204.13657.

[2] Suhail Ahmad Rather, S. Aravinda und Arul Lakshminarayan, „Konstruktion und lokale Äquivalenz von dual-unitären Operatoren: von dynamischen Karten zu quantenkombinatorischen Designs“, arXiv: 2205.08842.

Die obigen Zitate stammen von SAO / NASA ADS (Zuletzt erfolgreich aktualisiert am 2022, 07:16:14 Uhr). Die Liste ist möglicherweise unvollständig, da nicht alle Verlage geeignete und vollständige Zitationsdaten bereitstellen.

On Der von Crossref zitierte Dienst Es wurden keine Daten zum Zitieren von Werken gefunden (letzter Versuch 2022-07-16 14:31:18).

Dieses Papier ist in Quantum unter dem veröffentlicht Creative Commons Namensnennung 4.0 International (CC BY 4.0) Lizenz. Das Copyright verbleibt bei den ursprünglichen Copyright-Inhabern wie den Autoren oder deren Institutionen.

Zeitstempel:

Mehr von Quantenjournal