Vorbereitung von Quanten-Vielteilchen-Narbenzuständen auf Quantencomputern

Vorbereitung von Quanten-Vielteilchen-Narbenzuständen auf Quantencomputern

Zeitstempel: 7. November 2023, 9:21 Uhr
Vorbereitung von Quanten-Vielteilchen-Narbenzuständen auf Quantencomputern PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikale Suche. Ai.

Erik J. Gustafson1,2, Andy CY Li1,2, Abid Khan1,3,4,5, Joonho Kim1,6, Doga Murat Kurkcuoglu1,2, M. Sohaib Alam1,4,5, Peter P. Orth1,7,8,9, Armin Rahmani10, und Thomas Iadecola1,7,8

1Zentrum für supraleitende Quantenmaterialien und -systeme (SQMS), Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL 60510, USA
2Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL, 60510, USA
3Fachbereich Physik, University of Illinois Urbana-Champaign, Urbana, IL, Vereinigte Staaten 61801
4USRA Research Institute for Advanced Computer Science (RIACS), Mountain View, CA, 94043, USA
5Quantum Artificial Intelligence Laboratory (QuAIL), NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, 94035, USA
6Rigetti Computing, Berkeley, CA, 94710, USA
7Abteilung für Physik und Astronomie, Iowa State University, Ames, IA 50011, USA
8Ames National Laboratory, Ames, IA 50011, USA
9Fachbereich Physik, Universität des Saarlandes, 66123 Saarbrücken, Deutschland
10Abteilung für Physik und Astronomie und Advanced Materials Science and Engineering Center, Western Washington University, Bellingham, WA 98225, USA

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Abstrakt

Quanten-Vielteilchen-Narbenzustände sind hochangeregte Eigenzustände von Vielteilchensystemen, die im Vergleich zu typischen Eigenzuständen bei gleicher Energiedichte atypische Verschränkungs- und Korrelationseigenschaften aufweisen. Narbenzustände führen auch zu einer unendlich langlebigen kohärenten Dynamik, wenn das System in einem speziellen Anfangszustand mit endlicher Überlappung mit ihnen vorbereitet wird. Es wurden viele Modelle mit exakten Narbenzuständen konstruiert, aber das Schicksal der Narbeneigenzustände und der Dynamik, wenn diese Modelle gestört werden, ist mit klassischen Rechentechniken schwer zu untersuchen. In dieser Arbeit schlagen wir Zustandsvorbereitungsprotokolle vor, die den Einsatz von Quantencomputern zur Untersuchung dieser Frage ermöglichen. Wir präsentieren Protokolle sowohl für einzelne Narbenzustände in einem bestimmten Modell als auch für deren Überlagerungen, die zu kohärenten Dynamiken führen. Für Überlagerungen von Narbenzuständen stellen wir sowohl ein einheitliches Protokoll zur Vorbereitung von Zuständen mit linearer Systemgröße und linearer Tiefe als auch ein nichteinheitliches Zustandsvorbereitungsprotokoll mit endlicher Tiefe vor, wobei letzteres Messung und Nachauswahl verwendet, um die Schaltkreistiefe zu reduzieren. Für einzelne vernarbte Eigenzustände formulieren wir einen exakten Zustandsvorbereitungsansatz basierend auf Matrixproduktzuständen, der quasipolynomialtiefe Schaltkreise liefert, sowie einen Variationsansatz mit einem polynomialtiefen Ansatzschaltkreis. Wir bieten auch Proof-of-Principal-State-Vorbereitungsdemonstrationen für supraleitende Quantenhardware an.

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Zitiert von

[1] Pierre-Gabriel Rozon und Kartiek Agarwal, „Gebrochenes einheitliches Bild der Dynamik in Quanten-Vielteilchennarben“, arXiv: 2302.04885, (2023).

[2] Clement Charles, Erik J. Gustafson, Elizabeth Hardt, Florian Herren, Norman Hogan, Henry Lamm, Sara Starecheski, Ruth S. Van de Water und Michael L. Wagman, „Simulating $mathbb{Z}_2$ Lattice Gauge Theory on a Quantum Computer“, arXiv: 2305.02361, (2023).

[3] Dong Yuan, Shun-Yao Zhang und Dong-Ling Deng, „Exact Quantum Many-Body Scars in Higher-Spin Kinetically Constrained Models“, arXiv: 2307.06357, (2023).

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