Verschränkungsbahn und ihre Grenze

Verschränkungsbahn und ihre Grenze

Verschränkungsbahn und ihre Grenzen PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Ruge Lin

Quantenforschungszentrum, Technology Innovation Institute, Vereinigte Arabische Emirate.
Departament de Física Quantica i Astrofísica und Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, ​​Spanien.

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Abstrakt

In diesem Artikel stellen wir einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung der Verschränkung im Kontext des Quantencomputings vor. Unsere Methodik umfasst die Analyse von Matrizen mit reduzierter Dichte in verschiedenen Phasen der Ausführung eines Quantenalgorithmus und die Darstellung des dominanten Eigenwerts und der Von-Neumann-Entropie in einem Diagramm, wodurch eine „Verschränkungstrajektorie“ entsteht. Um die Grenzen der Flugbahn festzulegen, verwenden wir die Zufallsmatrixtheorie. Durch die Untersuchung von Beispielen wie der quantenadiabatischen Berechnung, dem Grover-Algorithmus und dem Shor-Algorithmus zeigen wir, dass die Verschränkungsbahn innerhalb der festgelegten Grenzen bleibt und für jedes Beispiel einzigartige Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus zeigen wir, dass diese Grenzen und Merkmale auf Trajektorien erweitert werden können, die durch alternative Entropiemaße definiert sind. Die Verschränkungsbahn dient als invariante Eigenschaft eines Quantensystems und sorgt für Konsistenz über verschiedene Situationen und Definitionen von Verschränkung hinweg. Numerische Simulationen, die diese Forschung begleiten, sind im Open Access verfügbar.

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► Referenzen

[1] Richard Jozsa und Noah Linden. Zur Rolle der Verschränkung bei der Beschleunigung von Quantencomputern. Tagungsband der Royal Society of London. Serie A: Mathematik, Physik und Ingenieurwissenschaften, DOI: 10.1098/​rspa.2002.1097.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2002.1097

[2] Román Orús und José I Latorre. Universalität der Verschränkung und Komplexität der Quantenberechnung. Physical Review A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.69.052308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.052308

[3] Guifré Vidal. Effiziente klassische Simulation leicht verschränkter Quantenberechnungen. Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.91.147902.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.91.147902

[4] David Gross, Steve T. Flammia und Jens Eisert. Die meisten Quantenzustände sind zu verschränkt, um als Rechenressourcen nützlich zu sein. Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.102.190501.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.102.190501

[5] Ingemar Bengtsson und Karol Życzkowski. Geometrie von Quantenzuständen: eine Einführung in die Quantenverschränkung. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511535048.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511535048

[6] Stavros Efthymiou, Sergi Ramos-Calderer, Carlos Bravo-Prieto, Adrián Pérez-Salinas, Diego García-Martín, Artur Garcia-Saez, José Ignacio Latorre und Stefano Carrazza. Qibo: ein Framework für Quantensimulation mit Hardwarebeschleunigung. Quantenwissenschaft und -technologie, DOI: 10.1088/​2058-9565/​ac39f5.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac39f5

[7] Stavros Efthymiou, Marco Lazzarin, Andrea Pasquale und Stefano Carrazza. Quantensimulation mit Just-in-Time-Kompilierung. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2022-09-22-814.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-814

[8] Ruge Lin. https://​/​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix.
https://​/​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix

[9] Tameem Albash und Daniel A Lidar. Adiabatische Quantenberechnung. Reviews of Modern Physics, DOI: 10.1103/​RevModPhys.90.015002.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[10] Neil G. Dickson und MHS Amin. Scheitert die adiabatische Quantenoptimierung bei np-vollständigen Problemen? Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.106.050502.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.106.050502

[11] Marko Žnidarič und Martin Horvat. Exponentielle Komplexität eines adiabatischen Algorithmus für ein np-vollständiges Problem. Physical Review A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.73.022329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022329

[12] Sergi Ramos-Calderer. https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​adiabatic3sat.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​adiabatic3sat

[13] Liebe K Grover. Ein schneller quantenmechanischer Algorithmus für die Datenbanksuche. Tagungsband des achtundzwanzigsten jährlichen ACM-Symposiums zur Theorie des Rechnens, DOI: 10.1145/​237814.237866.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 237814.237866

[14] Sergi Ramos-Calderer. https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​grover3sat.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​grover3sat

[15] Alexander M. Dalzell, Nicola Pancotti, Earl T. Campbell und Fernando GSL Brandão. Beachten Sie die Lücke: Erzielen Sie eine Super-Grover-Quantenbeschleunigung, indem Sie bis zum Ende springen. Tagungsband des 55. jährlichen ACM-Symposiums zur Computertheorie, DOI: 10.1145/​3564246.3585203.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3564246.3585203

[16] Thomas Dueholm Hansen, Haim Kaplan, Or Zamir und Uri Zwick. Schnellere K-Sat-Algorithmen mit Biased-PPSZ. Tagungsband des 51. jährlichen ACM SIGACT-Symposiums zur Computertheorie, DOI: 10.1145/​3313276.3316359.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316359

[17] Sergi Ramos-Calderer, Emanuele Bellini, José I Latorre, Marc Manzano und Victor Mateu. Quantensuche nach skalierten Hash-Funktions-Vorbildern. Quanteninformationsverarbeitung, DOI: 10.1007/​s11128-021-03118-9.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-021-03118-9

[18] Daniel J. Bernstein. Chacha, eine Variante von Salsa20. Werkstattprotokoll des SASC.
https://​/​cr.yp.to/​chacha/​chacha-20080120.pdf

[19] Sergi Ramos-Calderer. https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​hash-grover.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​hash-grover

[20] Peter W. Shor. Polynomzeitalgorithmen zur Primfaktorzerlegung und diskreten Logarithmen auf einem Quantencomputer. SIAM-Rezension, DOI: 10.1137/​S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[21] Vivien M. Kendon und William J. Munro. Verschränkung und ihre Rolle in Shors Algorithmus. arXiv:quant-ph/​0412140.
arXiv: quant-ph / 0412140

[22] Sergi Ramos-Calderer. https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor

[23] Robert B. Griffiths und Chi-Sheng Niu. Semiklassische Fourier-Transformation für Quantenberechnungen. Physical Review Letters, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.76.3228.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.76.3228

[24] S Parker und MB Plenio. Verschränkungssimulationen des Shor-Algorithmus. Journal of Modern Optics, DOI: 10.1080/​09500340110107207.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340110107207

[25] Stéphane Beauregard. Schaltung für Shors Algorithmus mit $2n+3$-Qubits. arXiv:quant-ph/​0205095.
arXiv: quant-ph / 0205095

[26] Samuel L. Braunstein. Geometrie der Quanteninferenz. Physikbuchstaben A, DOI: 10.1016/​0375-9601(96)00365-9.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(96)00365-9

[27] Hans-Jürgen Sommers und Karol Życzkowski. Statistische Eigenschaften von Zufallsdichtematrizen. Journal of Physics A: Mathematical and General, DOI: 10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004

[28] Ion Nechita. Asymptotik zufälliger Dichtematrizen. Annales Henri Poincaré, DOI: 10.1007/​s00023-007-0345-5.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00023-007-0345-5

[29] Satya N Majumdar. Extreme Eigenwerte von Wishart-Matrizen: Anwendung auf verschränkte bipartite Systeme. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37

[30] Adina Roxana Feier. Beweismethoden in der Zufallsmatrixtheorie. https://​/​www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf.
https://​/​www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf

[31] Giacomo Livan, Marcel Novaes und Pierpaolo Vivo. Einführung in die Theorie und Praxis von Zufallsmatrizen. Springer Cham, DOI: 10.1007/978-3-319-70885-0.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-70885-0

[32] ZD Bai. Methoden der Spektralanalyse großdimensionaler Zufallsmatrizen, eine Übersicht. Fortschritte in der Statistik, DOI: 10.1142/​9789812793096_0015.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812793096_0015

[33] Uffe Haagerup und Steen Thorbjørnsen. Zufallsmatrizen mit komplexen Gaußschen Einträgen. Expositiones Mathematicae, DOI: 10.1016/​S0723-0869(03)80036-1.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0723-0869(03)80036-1

[34] Marc Potters und Jean-Philippe Bouchaud. Ein erster Kurs in Zufallsmatrixtheorie: Für Physiker, Ingenieure und Datenwissenschaftler. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​9781108768900.
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781108768900

[35] Vladimir A. Marčenko und Leonid Andreevich Pastur. Verteilung der Eigenwerte für einige Sätze von Zufallsmatrizen. Mathematik der UdSSR-Sbornik, DOI: 10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994.
https:/​/​doi.org/​10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994

[36] John Wishart. Die verallgemeinerte Produktmomentverteilung in Stichproben aus einer normalen multivariaten Grundgesamtheit. Biometrie, DOI: 10.1093/​biomet/​20A.1-2.32.
https://​/​doi.org/​10.1093/​biomet/​20A.1-2.32

[37] Greg W. Anderson, Alice Guionnet und Ofer Zeitouni. Eine Einführung in Zufallsmatrizen. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511801334.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511801334

[38] Carl D. Meyer. Matrixanalyse und angewandte lineare Algebra. SIAM, DOI: 10.1137/​1.9781611977448.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611977448

[39] GR Belitskii, Yurii I. Lyubich. Matrixnormen und ihre Anwendungen. Birkhäuser, DOI: 10.1007/​978-3-0348-7400-7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-0348-7400-7

[40] Jean-Phillipe Bouchaud und Marc Potters. Finanzielle Anwendungen der Zufallsmatrixtheorie: ein kurzer Überblick. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40

[41] Craig A. Tracy und Harold Widom. Über orthogonale und symplektische Matrixensembles. Kommunikation in der Mathematischen Physik, DOI: 10.1007/​BF02099545.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02099545

[42] Craig A. Tracy und Harold Widom. Verteilungsfunktionen für größte Eigenwerte und ihre Anwendungen. arXiv:math-ph/​0210034.
arXiv: math-ph / 0210034

[43] Iain M Johnstone. Zur Verteilung des größten Eigenwerts in der Hauptkomponentenanalyse. Die Annalen der Statistik, DOI: 10.1214/​aos/​1009210544.
https: / / doi.org/ 10.1214 / aos / 1009210544

[44] Marco Chiani. Verteilung des größten Eigenwerts für echte Wishart- und Gaußsche Zufallsmatrizen und eine einfache Näherung für die Tracy-Widom-Verteilung. Journal of Multivariate Analysis, DOI: 10.1016/​j.jmva.2014.04.002.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jmva.2014.04.002

[45] Jinho Baik, Gérard Ben Arous und Sandrine Péché. Phasenübergang des größten Eigenwerts für komplexe Kovarianzmatrizen ungleich Null. Annals of Probability, DOI: 10.1214/​009117905000000233.
https: / / doi.org/ 10.1214 / 009117905000000233

[46] Vinayak und Marko Žnidarič. Subsystemdynamik unter zufälliger Hamilton-Entwicklung. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, DOI: 10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204

[47] Vinayak und Akhilesh Pandey. Korrelierte Wishart-Ensembles und chaotische Zeitreihen. Physical Review E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.81.036202.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.81.036202

[48] Vinayak. Spektrale Dichte der nichtzentralen korrelierten Wishart-Ensembles. Physical Review E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.90.042144.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.042144

[49] Don N Page. Durchschnittliche Entropie eines Subsystems. Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.71.1291.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.71.1291

[50] Siddhartha Sen. Durchschnittliche Entropie eines Quantensubsystems. Physical Review Letters, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.77.1.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.77.1

[51] Rajarshi Pal und Arul Lakshminarayan. Untersuchung der Zufälligkeit ergodischer Zustände: Extremwertstatistiken in der ergodischen und vielteilchenlokalisierten Phase. arXiv:2002.00682 [cond-mat.dis-nn].
arXiv: 2002.00682

[52] Karol Zyczkowski und Hans-Jürgen Sommers. Induzierte Maße im Raum gemischter Quantenzustände. Journal of Physics A: Mathematical and General, DOI: 10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335

[53] Patrick Hayden, Debbie W. Leung und Andreas Winter. Aspekte der generischen Verschränkung. Kommunikation in der mathematischen Physik, DOI: 10.1007/​s00220-006-1535-6.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1535-6

[54] Wolfram Helwig und Wei Cui. Absolut maximal verschränkte Zustände: Existenz und Anwendungen. arXiv:1306.2536 [quant-ph].
arXiv: 1306.2536

[55] Dardo Goyeneche, Daniel Alsina, José I Latorre, Arnau Riera und Karol Życzkowski. Absolut maximal verschränkte Zustände, kombinatorische Designs und multiunitäre Matrizen. Physical Review A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.92.032316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032316

[56] F. Huber und N. Wyderka. Tabelle der AME-Staaten. https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html.
https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html

[57] José I Latorre und Germán Sierra. Quantenberechnung von Primzahlfunktionen. arXiv:1302.6245 [quant-ph].
arXiv: 1302.6245

[58] José I Latorre und Germán Sierra. Es gibt eine Verschränkung in den Primzahlen. arXiv:1403.4765 [quant-ph].
arXiv: 1403.4765

[59] Diego Garcia-Martin, Eduard Ribas, Stefano Carrazza, José I Latorre und Germán Sierra. Der Prime-Zustand und seine Quantenverwandten. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2020-12-11-371.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-11-371

[60] Murray Rosenblatt. Ein zentraler Grenzwertsatz und eine starke Mischungsbedingung. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, DOI: 10.1073/​pnas.42.1.43.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.42.1.43

[61] Hui Li und F Duncan M Haldane. Verschränkungsspektrum als Verallgemeinerung der Verschränkungsentropie: Identifizierung der topologischen Ordnung in nichtabelschen fraktionierten Quanten-Hall-Effekt-Zuständen. Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.101.010504.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.101.010504

[62] J Ignacio Cirac, Didier Poilblanc, Norbert Schuch und Frank Verstraete. Verschränkungsspektrum und Grenztheorien mit projizierten Zuständen verschränkter Paare. Physical Review B, DOI: 10.1103/​PhysRevB.83.245134.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevB.83.245134

[63] Sudipto Singha Roy, Silvia N Santalla, Javier Rodríguez-Laguna und Germán Sierra. Massenkantenkorrespondenz in der Haldane-Phase des bilinear-biquadratischen Spin-$1$-Hamiltonoperators. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, DOI: 10.1088/​1742-5468/​abf7b4.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​abf7b4

[64] Vincenzo Alba. Verschränkungslücke, Ecken und Symmetriebrechung. arXiv:2010.00787 [cond-mat.stat-mech].
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.10.3.056
arXiv: 2010.00787

[65] Pasquale Calabrese und Alexandre Lefevre. Verschränkungsspektrum in eindimensionalen Systemen. Physical Review A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.78.032329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.032329

[66] Andreas M. Läuchli, Emil J. Bergholtz, Juha Suorsa und Masudul Haque. Entflechtungsspektren gebrochener Quanten-Hall-Zustände auf Torusgeometrien. Briefe zur körperlichen Untersuchung, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.104.156404.
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.104.156404

[67] Michael A. Nielsen und Isaac Chuang. Quantenberechnung und Quanteninformation. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511976667.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[68] Frank Nielsen und Richard Nock. Über Tényi- und Tsallis-Entropien und Divergenzen für exponentielle Familien. arXiv:1105.3259 [cs.IT].
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​3/​032003
arXiv: 1105.3259

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Konnte nicht abrufen Crossref zitiert von Daten während des letzten Versuchs 2024-03-14 11:58:50: Von Crossref konnten keine zitierten Daten für 10.22331 / q-2024-03-14-1282 abgerufen werden. Dies ist normal, wenn der DOI kürzlich registriert wurde. Auf SAO / NASA ADS Es wurden keine Daten zum Zitieren von Werken gefunden (letzter Versuch 2024-03-14 11:58:51).

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