1Fizikai Tanszék, University of Massachusetts Boston, 02125, USA
2Dipartimento di Fisica `Ettore Pancini’, Università degli Studi di Napoli Federico II, Via Cintia 80126, Napoli, Italy
3INFN, Sezione di Napoli, Olaszország
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
Az összefonódás a kvantummechanika meghatározó jellemzője. A kétrészes összefonódást a Neumann-entrópia jellemzi. Az összefonódást azonban nem csak egy szám írja le; összetettségi szintje is jellemzi. Az összefonódás összetettsége a kvantumkáosz kialakulásának, az összefonódási spektrum statisztikák univerzális eloszlásának, a szétválasztási algoritmusok keménységének és egy ismeretlen véletlenszerű áramkör kvantumgépi tanulásának, valamint az univerzális időbeli összefonódási fluktuációknak a gyökere. Ebben a cikkben numerikusan bemutatjuk, hogyan lehet egy egyszerű összefonódási mintáról egy univerzális, összetett mintára átlépni, ha egy véletlenszerű Clifford áramkört adalékolunk $T$ kapukkal. Ez a munka azt mutatja, hogy a kvantumkomplexitás és az összetett összefonódás az összefonódás és a nem stabilizáló erőforrások, más néven mágia együttállásából fakad.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] JP Eckmann és D. Ruelle, Ergodic theory of chaos and furcsa attraktor, Rev. Mod. Phys. 57, 617 (1985), 10.1103/RevModPhys.57.617.
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.57.617
[2] D. Rickles, P. Hawe és A. Shiell, Egyszerű útmutató a káoszhoz és a bonyolultsághoz, Journal of Epidemiology & Community Health 61(11), 933 (2007), 10.1136/jech.2006.054254.
https:///doi.org/10.1136/jech.2006.054254
[3] G. Boeing, Nemlineáris dinamikus rendszerek vizuális elemzése: Káosz, fraktálok, önhasonlóság és az előrejelzés határai, Systems 4(4) (2016), 10.3390/systems4040037.
https:///doi.org/10.3390/systems4040037
[4] SH Strogatz, Nemlineáris dinamika és káosz: Alkalmazások a fizikára, a biológiára, a kémiára és a mérnöki tudományokra, Westview Press, 10.1201/9780429492563 (2015).
https:///doi.org/10.1201/9780429492563
[5] F. Haake, S. Gnutzmann és M. Kuś, Quantum Signatures of Chaos, Springer International Publishing, 10.1007/978-3-319-97580-1 (2018).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-97580-1
[6] JS Cotler, D. Ding és GR Penington, Out-of-time-operators and the butterfly effect, Annals of Physics 396, 318 (2018), 10.1016/j.aop.2018.07.020.
https:///doi.org/10.1016/j.aop.2018.07.020
[7] A. Bhattacharyya, W. Chemissany et al., Towards the web of quantum chaos diagnostics, The European Physical Journal C 82(1) (2022), 10.1140/epjc/s10052-022-10035-3.
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10035-3
[8] S. Chaudhury, A. Smith és társai, Quantum signatures of chaos in a kicked top, Nature 461(7265), 768 (2009), 10.1038/nature08396.
https:///doi.org/10.1038/nature08396
[9] DA Roberts és B. Yoshida: Káosz és bonyolultság tervezés szerint, Journal of High Energy Physics 2017(4) (2017), 10.1007/jhep04(2017)121.
https:///doi.org/10.1007/jhep04(2017)121
[10] DA Roberts és B. Swingle, Lieb-robinson kötés és a pillangóeffektus a kvantumtérelméletekben, Phys. Rev. Lett. 117, 091602 (2016), 10.1103/PhysRevLett.117.091602.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.091602
[11] YY Atas, E. Bogomolny et al., Az egymást követő szinttávolságok arányának megoszlása véletlenszerű mátrixegyüttesekben, Phys. Rev. Lett. 110, 084101 (2013), 10.1103/PhysRevLett.110.084101.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.084101
[12] J. Cotler, N. Hunter-Jones és munkatársai, Káosz, komplexitás és véletlenszerű mátrixok, Journal of High Energy Physics (Online) 2017(11) (2017), 10.1007/jhep11(2017)048.
https:///doi.org/10.1007/jhep11(2017)048
[13] JS Cotler, G. Gur-Ari et al., Black holes and random matrices, Journal of High Energy Physics 2017(5), 118 (2017), 10.1007/JHEP05(2017)118.
https:///doi.org/10.1007/JHEP05(2017)118
[14] H. Gharibyan, M. Hanada et al., Onset of random matrix behavior in scrambling systems, Journal of High Energy Physics 2018(7), 124 (2018), 10.1007/JHEP07(2018)124.
https:///doi.org/10.1007/JHEP07(2018)124
[15] SFE Oliviero, L. Leone et al., Random Matrix Theory of the Isospectral twirling, SciPost Phys. 10, 76 (2021), 10.21468/SciPostPhys.10.3.076.
https:///doi.org/10.21468/SciPostPhys.10.3.076
[16] L. Leone, SFE Oliviero és A. Hamma, Izospektrális twirling és kvantumkáosz, Entropy 23(8) (2021), 10.3390/e23081073.
https:///doi.org/10.3390/e23081073
[17] W.-J. Rao, Higher-order level spacings in random matrix theory based on wigner’s conjecture, Phys. Rev. B 102, 054202 (2020), 10.1103/PhysRevB.102.054202.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.102.054202
[18] X. Wang, S. Ghose et al., Entanglement as a signature of quantum chaos, Phys. Rev. E 70, 016217 (2004), 10.1103/PhysRevE.70.016217.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.70.016217
[19] X. Chen és AWW Ludwig, Univerzális spektrális korrelációk a kaotikus hullámfüggvényben és a kvantumkáosz fejlődésében, Phys. Rev. B 98, 064309 (2018), 10.1103/PhysRevB.98.064309.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.98.064309
[20] P. Hosur, X.-L. Qi et al., Chaos in quantum channels, Journal of High Energy Physics 2016, 4 (2016), 10.1007/JHEP02(2016)004.
https:///doi.org/10.1007/JHEP02(2016)004
[21] Z.-W. Liu, S. Lloyd és munkatársai, Entanglement, kvantum véletlenszerűség és összetettség a kódoláson túl, Journal of High Energy Physics 2018(7) (2018), 10.1007/jhep07(2018)041.
https:///doi.org/10.1007/jhep07(2018)041
[22] M. Kumari és S. Ghose: Az összefonódás és káosz feloldása, Phys. Rev. A 99, 042311 (2019), 10.1103/PhysRevA.99.042311.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042311
[23] A. Hamma, S. Santra és P. Zanardi, Quantum Enanglement in random fizikai állapotok, Phys. Rev. Lett. 109, 040502 (2012), 10.1103/PhysRevLett.109.040502.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.040502
[24] A. Hamma, S. Santra és P. Zanardi, Ensembles ofphysis states and random quantum circuits on graphs, Phys. Rev. A 86, 052324 (2012), 10.1103/PhysRevA.86.052324.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.052324
[25] R. Jozsa, Entanglement and quantum computation, 10.48550/ARXIV.QUANT-PH/9707034 (1997).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.QUANT-PH/9707034
[26] J. Preskill, Quantum Computing and the Enanglement Frontier, 10.48550/ARXIV.1203.5813 (2012).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.1203.5813
[27] Y. Sekino és L. Susskind, Fast scramblers, Journal of High Energy Physics 2008(10), 065 (2008), 10.1088/1126-6708/2008/10/065.
https://doi.org/10.1088/1126-6708/2008/10/065
[28] P. Hayden és J. Preskill, Fekete lyukak mint tükrök: kvantuminformáció véletlenszerű alrendszerekben, Journal of High Energy Physics 2007(09), 120 (2007), 10.1088/1126-6708/2007/09/120.
https://doi.org/10.1088/1126-6708/2007/09/120
[29] KA Landsman, C. Figgatt és munkatársai, Verified quantum information scrambling, Nature 567(7746), 61–65 (2019), 10.1038/s41586-019-0952-6.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-0952-6
[30] B. Yoshida és A. Kitaev: Hatékony dekódolás a Hayden-Preskill protokollhoz, 10.48550/ARXIV.1710.03363 (2017).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.1710.03363
[31] D. Ding, P. Hayden és M. Walter, Feltételes kölcsönös információ a bipartit egységekről és a kódolásról, Journal of High Energy Physics 2016(12), 145 (2016), 10.1007/JHEP12(2016)145.
https:///doi.org/10.1007/JHEP12(2016)145
[32] B. Swingle, G. Bentsen és munkatársai, Measuring the scrambling of quantum information, Physical Review A 94, 040302 (2016), 10.1103/PhysRevA.94.040302.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.040302
[33] D. Gottesman: A kvantumszámítógépek heisenbergi reprezentációja (1998), 10.48550/ARXIV.QUANT-PH/9807006.
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.QUANT-PH/9807006
[34] MA Nielsen és IL Chuang, Quantum information theory, p. 528–607, Cambridge University Press, 10.1017/CBO9780511976667.016 (2010).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511976667.016
[35] AW Harrow és A. Montanaro, Quantum computational supremacy, Nature 549 (7671), 203–209 (2017), 10.1038/nature23458.
https:///doi.org/10.1038/nature23458
[36] RP Feynman, Fizika szimulációja számítógépekkel, International Journal of Theoretical Physics 21(6), 467 (1982), 10.1007/BF02650179.
https:///doi.org/10.1007/BF02650179
[37] L. Leone, SFE Oliviero et al., Quantum Chaos is Quantum, Quantum 5, 453 (2021), 10.22331/q-2021-05-04-453.
https://doi.org/10.22331/q-2021-05-04-453
[38] SF Oliviero, L. Leone és A. Hamma, Transitions in Enanglement complexity in random quantum circuits by mérések, Physics Letters A 418, 127721 (2021), 10.1016/j.physleta.2021.127721.
https:///doi.org/10.1016/j.physleta.2021.127721
[39] S. Bravyi és D. Gosset, A Clifford gates által dominált kvantumáramkörök továbbfejlesztett klasszikus szimulációja, Physical Review Letters 116, 250501 (2016), 10.1103/PhysRevLett.116.250501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.250501
[40] J. Haferkamp, F. Montealegre-Mora et al., Quantum homeopathy works: Efficient unitary designs with a system size független számú, non-clifford gates, 10.48550/ARXIV.2002.09524 (2020).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2002.09524
[41] P. Boykin, T. Mor és munkatársai, Egy új univerzális és hibatűrő kvantumbázis, Information Processing Letters 75(3), 101 (2000), 10.1016/S0020-0190(00)00084-3.
https://doi.org/10.1016/S0020-0190(00)00084-3
[42] D. Gottesman, Bevezetés a kvantumhiba-javításba és a hibatűrő kvantumszámításba, 10.48550/ARXIV.0904.2557 (2009).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.0904.2557
[43] NJ Ross és P. Selinger, Optimális segédanyag-mentes cifford+t z-forgatások közelítése, Quantum Info. Comput. 16(11–12), 901–953 (2016), 10.26421/QIC16.11-12-1.
https:///doi.org/10.26421/QIC16.11-12-1
[44] D. Litinski, Felületi kódok játéka: Nagyszabású kvantumszámítógép rácsműtéttel, Quantum 3, 128 (2019), 10.22331/q-2019-03-05-128.
https://doi.org/10.22331/q-2019-03-05-128
[45] T. Bækkegaard, LB Kristensen et al., Hatékony kvantumkapuk megvalósítása szupravezető qubit-qutrit áramkörrel, Scientific Reports 9(1) (2019), 10.1038/s41598-019-49657-1.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-49657-1
[46] Q. Wang, M. Li és munkatársai, Erőforrás-optimalizált fermionos lokális-hamiltoni szimuláció kvantumszámítógépen kvantumkémiához, Quantum 5, 509 (2021), 10.22331/q-2021-07-26-509.
https://doi.org/10.22331/q-2021-07-26-509
[47] V. Gheorghiu, M. Mosca és P. Mukhopadhyay, bármely többkbites unitér T-száma és t-mélysége, 10.48550/ARXIV.2110.10292 (2021).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2110.10292
[48] C. Chamon, A. Hamma és ER Mucciolo, Emergent irreverzibilitási és összefonódási spektrumstatisztika, Physical Review Letters 112, 240501 (2014), 10.1103/PhysRevLett.112.240501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.240501
[49] D. Shaffer, C. Chamon és munkatársai, Irreverzibilitási és összefonódási spektrum statisztika kvantumáramköreiben, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2014(12), P12007 (2014), 10.1088/1742-5468/2014/12 /p12007.
https://doi.org/10.1088/1742-5468/2014/12/p12007
[50] S. Zhou, Z. Yang és munkatársai, Single T gate in a Clifford circuit drives transfer to univerzális összefonódási spektrumstatisztika, SciPost Phys. 9, 87 (2020), 10.21468/SciPostPhys.9.6.087.
https:///doi.org/10.21468/SciPostPhys.9.6.087
[51] Z. Yang, A. Hamma és munkatársai, Entanglement complexity in quantum many-body dynamics, thermocation and localization, Physical Review B 96, 020408 (2017), 10.1103/PhysRevB.96.020408.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.96.020408
[52] A. Nahum, J. Ruhman és munkatársai, Quantum Enanglement growth under random unitary dynamics, Physical Review X 7(3) (2017), 10.1103/physrevx.7.031016.
https:///doi.org/10.1103/physrevx.7.031016
[53] A. Nahum, S. Vijay és J. Haah, Operator spreading in random unitary circles, Physical Review X 8, 021014 (2018), 10.1103/PhysRevX.8.021014.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021014
[54] X. Mi, P. Roushan et al., Information scrambling in quantum circuits, Science 374(6574), 1479–1483 (2021), 10.1126/science.abg5029.
https:///doi.org/10.1126/science.abg5029
[55] DA Roberts, D. Stanford és L. Susskind, Localized shocks, Journal of High Energy Physics 2015(3), 51 (2015), 10.1007/JHEP03(2015)051.
https:///doi.org/10.1007/JHEP03(2015)051
[56] S. Moudgalya, T. Devakul et al., Operator spreading in quantum maps, Physical Review B 99(9) (2019), 10.1103/physrevb.99.094312.
https:///doi.org/10.1103/physrevb.99.094312
[57] L. Amico, F. Baroni et al., Divergence of the Enanglement range in low-dimensional quantum systems, Phys. Rev. A 74, 022322 (2006), 10.1103/PhysRevA.74.022322.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.74.022322
[58] N. Linden, S. Popescu és munkatársai, Kvantummechanikai evolúció a termikus egyensúly felé, Physical Review E 79, 061103 (2009), 10.1103/PhysRevE.79.061103.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.79.061103
[59] JR McClean, S. Boixo és munkatársai, Meddő fennsíkok kvantum-neurális hálózatok képzési tájain, Nature Communications 9(1), 4812 (2018), 10.1038/s41467-018-07090-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-07090-4
[60] Z. Holmes, A. Arrasmith és munkatársai, Barren platók kizárják a scramblers tanulását, Phys. Rev. Lett. 126, 190501 (2021), 10.1103/PhysRevLett.126.190501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.190501
[61] M. Cerezo, A. Sone és munkatársai, Költségfüggvénytől függő meddő platók sekély parametrizált kvantumáramkörökben, Nature Communications 12(1), 1791 (2021), 10.1038/s41467-021-21728-w.
https:///doi.org/10.1038/s41467-021-21728-w
[62] RJ Garcia, C. Zhao et al., Meddő fennsík a scramblers tanulásából helyi költségfüggvényekkel, 10.48550/ARXIV.2205.06679 (2022).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2205.06679
[63] L. Leone, SFE Oliviero és A. Hamma, Stabilizer Rényi Entropy, Phys. Rev. Lett. 128. (5), 050402 (2022), 10.1103/PhysRevLett.128.050402.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.050402
[64] ET Campbell, Katalízis és mágikus állapotok aktiválása hibatűrő architektúrákban, Physical Review A 83(3) (2011), 10.1103/physreva.83.032317.
https:///doi.org/10.1103/physreva.83.032317
[65] K. Goto, T. Nosaka és M. Nozaki, Káosz varázslattal, 10.48550/ARXIV.2112.14593 (2021).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2112.14593
[66] AW Harrow, L. Kong et al., Separation of out-of-time-ordered correlation and Enanglement, PRX Quantum 2, 020339 (2021), 10.1103/PRXQuantum.2.020339.
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.020339
[67] L. Leone, SFE Oliviero et al., To learning a mocking-black hole, 10.48550/ARXIV.2206.06385 (2022).
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2206.06385
Idézi
[1] Lorenzo Leone, Salvatore FE Oliviero és Alioscia Hamma, „A mágia akadályozza a kvantumtanúsítást”, arXiv: 2204.02995.
[2] Tobias Haug and M. S. Kim, “Scalable measures of magic for quantum computers”, arXiv: 2204.10061.
[3] Lorenzo Leone, Salvatore F. E. Oliviero, Stefano Piemontese, Sarah True, and Alioscia Hamma, “To Learn a Mocking-Black Hole”, arXiv: 2206.06385.
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-09-22 16:45:47). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2022-09-22 16:45:45: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2022-09-22-818 hivatkozás által hivatkozott adatokat a Crossref-től. Ez normális, ha a DOI-t nemrég regisztrálták.
Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.