آماده سازی حالت کوانتومی از طریق تنظیم مجدد ancilla مهندسی شده

آماده سازی حالت کوانتومی از طریق تنظیم مجدد ancilla مهندسی شده

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

دانیل آلکالده پوئنته1,2, فلیکس موتزوی1, توماسو کالارکو1,2,3, جیووانا موریگی4و ماتئو ریزی1,2

1Forschungszentrum Jülich، موسسه کنترل کوانتومی، موسسه Peter Grünberg (PGI-8)، 52425 Julich، آلمان
2موسسه فیزیک نظری، دانشگاه کلن، 50937 کلن، آلمان
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, Italy
4فیزیک نظری، گروه فیزیک، دانشگاه زارلند، 66123 زاربروکن، آلمان

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

در این بررسی نظری، ما اثربخشی پروتکلی را که شامل تنظیم مجدد کوانتومی دوره‌ای برای آماده‌سازی حالت‌های پایه همیلتونی‌های والدین بدون سرخوردگی است، بررسی می‌کنیم. این پروتکل از یک فرمان همیلتونی استفاده می کند که اتصال محلی بین سیستم و درجات آزادی فرعی را امکان پذیر می کند. در فواصل زمانی متناوب، سیستم کمکی به حالت اولیه خود بازنشانی می شود. برای زمان‌های بازنشانی بی‌نهایت کوتاه، دینامیک را می‌توان توسط لیندبلادیانی که حالت پایدار آن حالت هدف است، تقریب زد. با این حال، برای زمان‌های بازنشانی محدود، زنجیره چرخشی و آنسیلا بین عملیات تنظیم مجدد درهم می‌شوند. برای ارزیابی پروتکل، ما شبیه‌سازی‌های حالت محصول ماتریس و تکنیک‌های مسیر کوانتومی را به کار می‌گیریم، با تمرکز بر آماده‌سازی حالت اسپین-1 افلک-کندی-لیب-تاساکی. تجزیه و تحلیل ما زمان همگرایی، وفاداری و تکامل انرژی را در بازه‌های بازنشانی مختلف در نظر می‌گیرد. نتایج عددی ما نشان می‌دهد که درهم‌تنیدگی سیستم ancilla برای همگرایی سریع‌تر ضروری است. به طور خاص، یک زمان تنظیم مجدد بهینه وجود دارد که در آن پروتکل بهترین عملکرد را دارد. با استفاده از یک تقریب ساده، بینشی در مورد چگونگی انتخاب بهینه عملگرهای نگاشت اعمال شده بر روی سیستم در طول فرآیند بازنشانی ارائه می دهیم. علاوه بر این، پروتکل انعطاف پذیری قابل توجهی را در برابر انحرافات کوچک در زمان تنظیم مجدد و کاهش نویز نشان می دهد. مطالعه ما نشان می‌دهد که نقشه‌های استروبوسکوپی با استفاده از تنظیم مجدد کوانتومی ممکن است مزایایی نسبت به روش‌های جایگزین، مانند مهندسی مخزن کوانتومی و پروتکل‌های فرمان حالت کوانتومی، که بر دینامیک مارکوین متکی هستند، ارائه دهد.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] جان پرسکیل. محاسبات کوانتومی در عصر NISQ و فراتر از آن Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] ینس آیسرت "قدرت درهم تنیده و پیچیدگی مدار کوانتومی". نامه های بررسی فیزیکی 127، 020501 (2021). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501.
https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501

[3] تمیم آلباش و دانیل ا.لیدار. "محاسبات کوانتومی آدیاباتیک". Rev. Mod. فیزیک 90, 015002 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.90.015002

[4] پیمونپان سومپت، سارا هیرت، دومینیک بورگوند، توماس شالوپین، جولیان بیبو، جوآنیس کوپسل، پتار بویوویچ، روبن ورسن، فرانک پولمان، گیوم سالومون و دیگران. "تحقق فاز هالدان محافظت شده با تقارن در نردبان های فرمی هابارد". NaturePages 1-5 (2022). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1038/​s41586-022-04688-z.
https://doi.org/​10.1038/​s41586-022-04688-z

[5] ژی یوان وی، دانیل مالز، و جی. ایگناسیو سیراک. "آماده سازی آدیاباتیک کارآمد حالت های شبکه تانسور". تحقیقات مروری فیزیکی 5 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön، E. Solano، F. Verstraete، JI Cirac، و MM Wolf. "تولید متوالی حالات چند کیوبیتی درهم". فیزیک کشیش لِت 95, 110503 (2005).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.95.110503

[7] فلیکس موتزوی، مایکل پی کایچر و فرانک کی ویلهلم. ترکیب زمانی خطی و لگاریتمی عملگرهای چند جسمی کوانتومی نامه های بررسی فیزیکی 119، 160503 (2017). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.119.160503.
https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.119.160503

[8] JF Poyatos، JI Cirac، و P. Zoller. "مهندسی مخزن کوانتومی با یون های محبوس شده با لیزر". فیزیک کشیش لِت. 77, 4728-4731 (1996).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.77.4728

[9] سوزان پیلاوا، جیووانا موریگی، دیوید ویتالی و لوئیز داوودویچ. "تولید تشعشعات درهم تنیده انیشتین-پودولسکی-رزن از طریق یک مخزن اتمی". فیزیک کشیش لِت. 98, 240401 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl، A. Micheli، A. Kantian، B. Kraus، HP Büchler، و P. Zoller. "حالت ها و فازهای کوانتومی در سیستم های کوانتومی باز رانده شده با اتم های سرد". Nature Physics 4, 878-883 (2008).
https://doi.org/​10.1038/​nphys1073

[11] فرانک ورستراته، مایکل ام ولف و جی. ایگناسیو سیراک. "محاسبات کوانتومی و مهندسی حالت کوانتومی که توسط اتلاف هدایت می شود". Nature Physics 5, 633-636 (2009).
https://doi.org/​10.1038/​nphys1342

[12] SG Schirmer و Xiaoting Wang. تثبیت سیستم های کوانتومی باز توسط مهندسی مخزن مارکوین بررسی فیزیکی A 81, 062306 (2010).
https://doi.org/​10.1103/​physreva.81.062306

[13] جووانا موریگی، یورگن اشنر، سیسیلیا کورمیک، ییهنگ لین، دیتریش لیبفرید، و دیوید جی واینلند. "کنترل کوانتومی اتلاف پذیر زنجیره چرخشی". فیزیک کشیش لِت. 115, 200502 (2015).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.115.200502

[14] لئو ژو، سون وون چوی و میخائیل دی لوکین. "آماده سازی اتلاف کننده حالت های محصول ماتریس با محافظت از تقارن". بررسی فیزیکی A 104, 032418 (2021). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physreva.104.032418.
https://doi.org/​10.1103/​physreva.104.032418

[15] فلیکس موتزوی، الی هالپرین، شیائوتینگ وانگ، کی بیرگیتا ویلی و سوفی شیرمر. «درهم‌تنیدگی کیوبیت‌های طولانی مدت، مستحکم و پایدار بر روی کانال‌های پرتلفات مبتنی بر پس‌کش». بررسی فیزیکی A 94, 032313 (2016). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physreva.94.032313.
https://doi.org/​10.1103/​physreva.94.032313

[16] کوین سی اسمیت، النور کرین، ناتان ویبی و اس ام گیروین. "آماده سازی قطعی عمق ثابت حالت aklt روی یک پردازنده کوانتومی با استفاده از اندازه گیری های همجوشی". PRX Quantum 4 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​prxquantum.4.020315

[17] ناتانان تانتیواساداکارن، رایان تورنگرن، اشوین ویشوانات و روبن ورسن. "درهم تنیدگی دوربرد از اندازه گیری فازهای توپولوژیکی محافظت شده با تقارن" (2021). آدرس اینترنتی: https://arxiv.org/​abs/​2112.01519.
arXiv: 2112.01519

[18] کلمان سایرین، ایگور دوتسنکو، زینگ‌شینگ ژو، برونو پودسرف، تئو ریبارچیک، سباستین گلیزس، پیر روشون، مازیار میررحیمی، حدیث امینی، میشل برونه و دیگران. «بازخورد کوانتومی بی‌درنگ حالت‌های عدد فوتون را آماده و تثبیت می‌کند». Nature 477، 73-77 (2011). آدرس اینترنتی: 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، و عرفان صدیقی. "تثبیت نوسانات رابی در یک کیوبیت ابررسانا با استفاده از بازخورد کوانتومی". Nature 490, 77-80 (2012). آدرس اینترنتی: 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، و L DiCarlo. "درهم تنیدگی قطعی کیوبیت های ابررسانا با اندازه گیری برابری و بازخورد". Nature 502, 350-354 (2013). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1038/​nature12513.
https://doi.org/​10.1038/​nature12513

[21] هیدئو مابوچی. "اصلاح خطای کوانتومی مداوم به عنوان کنترل ترکیبی کلاسیک". مجله جدید فیزیک 11, 105044 (2009). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044

[22] جوزف کرکهوف، هندرا آی نوردین، دیمیتری اس پاولیچین، و هیدئو مابوچی. "طراحی حافظه های کوانتومی با کنترل تعبیه شده: مدارهای فوتونی برای تصحیح خطای کوانتومی مستقل". Physical Review Letters 105, 040502 (2010). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.040502.
https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.040502

[23] لی مارتین، فلیکس موتزوی، هانان لی، موهان سارووار و کی بیرگیتا ویلی. "تولید قطعی درهم تنیدگی از راه دور با بازخورد کوانتومی فعال". بررسی فیزیکی A 92, 062321 (2015). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321.
https://doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321

[24] هوش مصنوعی کوانتومی گوگل "سرکوب خطاهای کوانتومی با مقیاس بندی یک کیوبیت منطقی کد سطح". Nature 614, 676-681 (2023). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[25] دانیل بورگارث و ویتوریو جیووانتی "همگن سازی با واسطه". فیزیک Rev. A 76, 062307 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.76.062307

[26] دانیل بورگارث و ویتوریو جیووانتی "کنترل کامل با آرامش ناشی از موضعی". فیزیک کشیش لِت. 99, 100501 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.99.100501

[27] آن ماتیس، مارک رودنر، آخیم روش و ارز برگ. "مغناطیس زدایی آدیاباتیک قابل برنامه ریزی برای سیستم هایی با تحریکات بی اهمیت و توپولوژیکی" (2022). آدرس اینترنتی: https://arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] استیتادی روی، جی تی چالکر، آی وی گورنی و یووال گفن. "هدایت سیستم های کوانتومی ناشی از اندازه گیری". تحقیقات مروری فیزیکی 2، 033347 (2020). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347.
https://doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347

[29] کریستوفر مور و مارتین نیلسون. محاسبات کوانتومی موازی و کدهای کوانتومی SIAM journal on computing 31, 799-815 (2001). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https://doi.org/​10.1137/​s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter و Kohei M Itoh. "قدرت مدولار کوانتومی سریع". بررسی فیزیکی A 71, 052320 (2005). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physreva.71.052320.
https://doi.org/​10.1103/​physreva.71.052320

[31] باسکار گائور، ادگارد مونوز-کوریاس و هیمانشو تاپلیال. "یک جمع کننده مدول کوانتومی حمل-نظاره گر عمق لگاریتمی (2n-1)". در مجموعه مقالات سمپوزیوم دریاچه های بزرگ در VLSI 2023. صفحات 125-130. (2023).
https://doi.org/​10.1145/​3583781.3590205

[32] کرت جاکوبز، شیائوتینگ وانگ و هوارد ام وایزمن. "بازخورد منسجمی که همه پروتکل های بازخورد مبتنی بر اندازه گیری را شکست می دهد". مجله جدید فیزیک 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] آنجل ریواس، سوزانا اف هوئلگا و مارتین بی پلنیو. "درهم تنیدگی و غیر مارکوئی بودن تکامل کوانتومی". نامه های بررسی فیزیکی 105، 050403 (2010). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.050403.
https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.050403

[34] روبن ورسن، رودریش موسنر و فرانک پولمن. "تقارن یک بعدی از فازهای توپولوژیکی و انتقال آنها محافظت می کند". بررسی فیزیکی B 96, 165124 (2017). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124.
https://doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124

[35] فرانک پولمن و آری ام ترنر. "تشخیص فازهای توپولوژیکی محافظت شده با تقارن در یک بعد". بررسی فیزیکی b 86, 125441 (2012). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevb.86.125441.
https://doi.org/​10.1103/​physrevb.86.125441

[36] گاوین کی برنن و آکیماسا میاکه. "کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر اندازه‌گیری در حالت پایه شکاف‌دار یک هامیلتونی دو جسمی". نامه های بررسی فیزیکی 101، 010502 (2008). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.101.010502.
https://doi.org/​10.1103/​physrevlett.101.010502

[37] P. Filipowicz، J. Javanainen، و P. Meystre. "نظریه میزر میکروسکوپی". فیزیک Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.34.3077

[38] جان جی اسلوسر و پیر میستر. "حالت های مماس و کتانژانت میدان الکترومغناطیسی". فیزیک Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.41.3867

[39] هانس یورگن بریگل و برتولد گئورگ انگلرت. "دینامیک ماکروسکوپی یک میزر با آمار تزریق غیر پواسونی". فیزیک Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.52.2361

[40] توماس ولنز، آندریاس بوکلایتنر، بورکهارد کومرر و هانس ماسن. "آماده سازی حالت کوانتومی از طریق کامل بودن مجانبی". فیزیک کشیش لِت. 85, 3361-3364 (2000).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.85.3361

[41] سوزان پیلاوا، لوئیز داوودویچ، دیوید ویتالی و جیوانا موریگی. "مهندسی مخازن کوانتومی اتمی برای فوتون". فیزیک Rev. A 81, 043802 (2010).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.81.043802

[42] ام هارتمن، دی پولتی، ام ایوانچنکو، اس دنیسوف و پی هانگی. "حالت های فلوکه مجانبی سیستم های کوانتومی باز: نقش برهمکنش". مجله جدید فیزیک 19, 083011 (2017).
https://doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger، BTH Varcoe، R. Heerlein، و H. Walther. "حالات به دام انداختن در میکرومیزر". فیزیک کشیش لِت. 82، 3795-3798 (1999).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe، S. Brattke، M. Weidinger، و H. Walther. "تهیه حالات عددی فوتون خالص میدان تابش". Nature 403, 743-746 (2000).
https://doi.org/​10.1038/​35001526

[45] G. Morigi، JI Cirac، M. Lewenstein، و P. Zoller. "خنک کننده لیزری حالت زمینی فراتر از حد بره". Europhysics Letters 39, 13 (1997).
https://doi.org/​10.1209/​epl/​i1997-00306-3

[46] G. Morigi، JI Cirac، K. Ellinger، و P. Zoller. خنک‌سازی لیزری اتم‌های به دام افتاده در حالت پایه: حالت تاریک در فضای موقعیت. فیزیک Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.57.2909

[47] ژان دالیبارد، ایوان کاستین و کلاوس مولمر. "رویکرد تابع موج به فرآیندهای اتلاف در اپتیک کوانتومی". فیزیک کشیش لِت. 68، 580-583 (1992).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum، P. Zoller و H. Ritsch. "شبیه سازی مونت کارلو معادله اصلی اتمی برای انتشار خود به خود". فیزیک Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt، F. Verstraete، W. Dür، و JI Cirac. "حالت های قابل تفکیک را می توان برای توزیع درهم تنیدگی استفاده کرد". فیزیک کشیش لِت. 91, 037902 (2003).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.91.037902

[50] ادگار رولدان و شامیک گوپتا. فرمالیسم انتگرال مسیر برای تنظیم مجدد تصادفی: مثال‌ها و میانبرهای کاملاً حل شده برای محدود کردن. فیزیک Rev. E 96, 022130 (2017).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.96.022130

[51] ب. موکرجی، کی. سنگوپتا، و ساتیا ان. ماجومدار. "دینامیک کوانتومی با تنظیم مجدد تصادفی". فیزیک Rev. B 98, 104309 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin و E. Barkai. «راه‌اندازی مجدد، زمان‌های حرکت کوانتومی را تسریع می‌کند». فیزیک کشیش لِت. 130, 050802 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.130.050802

[53] جوتو هیگمن، جی ایگناسیو سیراک، توبیاس جی آزبورن، ایزتوک پیژورن، هنری ورشلده و فرانک ورستراته. "اصل تغییرات وابسته به زمان برای شبکه های کوانتومی". نامه های بررسی فیزیکی 107، 070601 (2011). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20

[54] اندرو جی دیلی. "مسیرهای کوانتومی و سیستم های کوانتومی چند جسمی باز". پیشرفت در فیزیک 63، 77-149 (2014).
https://doi.org/​10.1080/​00018732.2014.933502

[55] مرکز ابرکامپیوتر جولیخ Jureca: ماژول های داده محور و تقویت کننده که معماری ابر محاسباتی مدولار را در مرکز ابر محاسباتی jülich پیاده سازی می کنند. مجله امکانات تحقیقاتی در مقیاس بزرگ 7، A182 (2021).
https://doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] آرتور گارسیا سائز، والنتین مورگ و تزو چیه وی. "شکاف های طیفی همیلتونین های افلک-کندی-لیب-تاساکی با استفاده از روش های شبکه تانسور". بررسی فیزیکی B 88, 245118 (2013). آدرس اینترنتی: https://doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https://doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118

ذکر شده توسط

[1] ساموئل مورالس، یووال گفن، ایگور گورنی، الکس زازونوف، و راینهولد ایگر، "مهندسی حالات کوانتومی غیرقابل هدایت با بازخورد فعال"، تحقیقات مروری فیزیکی 6 1، 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin، Qingyuan Wang، Sabine Tornow و Eli Barkai، "رابطه عدم قطعیت برای دینامیک کوانتومی نظارت شده را مجددا راه اندازی کنید". arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] آنیش آچاریا و شمیک گوپتا، "مدل محکم اتصال مشروط به تنظیم مجدد مشروط در زمان های تصادفی"، بررسی فیزیکی E 108 6, 064125 (2023).

[4] سایان روی، کریستین اتو، رافائل منو، و جیوانا موریگی، "ظهور و سقوط درهم تنیدگی بین دو کیوبیت در یک حمام غیرمارکوویی". بررسی فیزیکی A 108 3, 032205 (2023).

[5] لوکاس مارتی، رفیک منسوراوغلو، و مایکل جی. هارتمن، "الگوریتم خنک کننده کوانتومی کارآمد برای سیستم های فرمیونی"، arXiv: 2403.14506, (2024).

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2024-03-28 00:54:20). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2024-03-28 00:54:18).

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی