Dinamika keterjeratan dalam rangkaian otomat kuantum hibrid simetris U(1).

Dinamika keterjeratan dalam rangkaian otomat kuantum hibrid simetris U(1).

Stempel Waktu: 6 Desember 2023 9:33

Yiqiu Han dan Xiao Chen

Departemen Fisika, Boston College, Chestnut Hill, MA 02467, AS

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kami mempelajari dinamika keterjeratan rangkaian otomat kuantum (QA) dengan adanya simetri U(1). Kami menemukan bahwa entropi Rรฉnyi kedua tumbuh secara difusi dengan koreksi logaritmik sebesar $sqrt{tln{t}}$, memenuhi batas yang ditetapkan oleh Huang [1]. Berkat fitur khusus sirkuit QA, kami memahami dinamika keterjeratan dalam model bit string klasik. Secara khusus, kami berpendapat bahwa dinamika difusif berasal dari mode lambat langka yang mengandung domain putaran 0 atau 1 yang sangat panjang. Selain itu, kami menyelidiki dinamika keterjeratan sirkuit QA yang dipantau dengan memperkenalkan pengukuran komposit yang mempertahankan simetri U (1) dan properti sirkuit QA. Kami menemukan bahwa ketika laju pengukuran meningkat, terdapat transisi dari fase hukum volume di mana entropi Rรฉnyi kedua mempertahankan pertumbuhan difusif (hingga koreksi logaritmik) ke fase kritis di mana ia tumbuh secara logaritmik seiring berjalannya waktu. Fenomena menarik ini membedakan rangkaian QA dari rangkaian non-otomatis seperti rangkaian acak Haar simetris U(1), yang memiliki transisi fase hukum volume ke hukum area, dan laju pengukuran proyektif yang bukan nol dalam volume- fase hukum mengarah pada pertumbuhan balistik entropi Rรฉnyi.

Dinamika keterjeratan dalam sirkuit otomat kuantum hibrida simetris U(1) PlatoBlockchain Data Intelligence. Pencarian Vertikal. Ai.

Gambar unggulan: Dinamika keterjeratan rangkaian otomat kuantum dapat dipetakan ke model string bit klasik. Lebih khusus lagi, entropi Renyi kedua dapat didekati dengan dinamika partikel yang mewakili perbedaan pasangan string bit yang putarannya melakukan jalan acak pengecualian simetris sederhana di bawah dinamika rangkaian. Di bawah simetri U(1), terdapat dua mode dinamika partikel yang berbeda, yaitu mode cepat dan mode lambat. Dalam contoh yang diilustrasikan dalam kartun, meskipun kedua mode memiliki konfigurasi partikel yang sama, konfigurasi bit string mode lambat terdiri dari domain spin 0 atau 1 yang sangat panjang, sehingga menghasilkan perluasan wilayah yang difusif (dengan koreksi logaritmik). ditempati oleh partikel.

Ringkasan populer

Keterikatan kuantum adalah ukuran penting korelasi antar partikel dalam sistem kuantum. Dalam sistem tipikal dengan interaksi lokal, entropi keterjeratan tumbuh secara linier seiring berjalannya waktu, yang menunjukkan penyebaran informasi kuantum balistik. Ketika konservasi muatan, yaitu simetri U(1) diterapkan, ditemukan bahwa meskipun entropi von-Neumann masih menunjukkan pertumbuhan linier, entropi Renyi yang lebih tinggi dibatasi oleh pertumbuhan difusif dengan koreksi logaritmik.

Dalam karya ini, kami menggunakan model rangkaian acak untuk mempelajari sistem kuantum simetris U(1). Secara khusus, kami fokus pada rangkaian otomat kuantum (QA), salah satu dari sedikit model rangkaian yang memungkinkan pemahaman analitik tentang dinamika keterjeratan, dan menunjukkan bahwa entropi Renyi kedua berskala $sqrt{tln{t}}$, menjenuhkan batas disebutkan di atas. Dengan memetakan entropi Renyi kedua ke kuantitas model partikel klasik, kami menunjukkan bahwa dinamika difusif ini adalah konsekuensi dari munculnya mode lambat yang jarang terjadi di bawah simetri U(1).

Selain itu, kami memperkenalkan pengukuran ke dalam sirkuit QA dan memeriksa dinamika keterjeratan yang dipantau. Menariknya, saat kami memanipulasi laju pengukuran, kami mengamati transisi fase dari fase hukum volume di mana entropi Renyi kedua mempertahankan pertumbuhan difusi, ke fase kritis di mana ia tumbuh secara logaritmik. Hal ini berbeda dengan rangkaian kuantum hibrid simetris U(1) non-otomatis yang memiliki transisi fase keterjeratan hukum volume ke hukum luas, dan setiap laju pengukuran bukan nol di bawah titik kritis menginduksi pertumbuhan linier entropi Renyi. .

โ–บ data BibTeX

โ–บ Referensi

[1] Yizen Huang. โ€œDinamika entropi keterjeratan rรฉnyi dalam sistem qudit difusifโ€. Catatan Sains IOP 1, 035205 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹2633-1357/โ€‹abd1e2

[2] Hyungwon Kim dan David A. Huse. "Penyebaran belitan secara balistik dalam sistem yang tidak dapat diintegrasikan difusif". fisik Pdt. Lett. 111, 127205 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.127205

[3] Elliott H. Lieb dan Derek W. Robinson. โ€œKecepatan kelompok terbatas dari sistem putaran kuantumโ€. Komunikasi dalam Fisika Matematika 28, 251โ€“257 (1972).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01645779

[4] Pasquale Calabrese dan John Cardy. โ€œEvolusi entropi keterjeratan dalam sistem satu dimensiโ€. Jurnal Mekanika Statistik: Teori dan Eksperimen 2005, P04010 (2005).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹1742-5468/โ€‹2005/โ€‹04/โ€‹P04010

[5] Christian K. Burrell dan Tobias J. Osborne. โ€œBatas kecepatan penyebaran informasi dalam rantai putaran kuantum yang tidak teraturโ€. Fis. Pendeta Lett. 99, 167201 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.167201

[6] Adam Nahum, Jonathan Ruhman, Sagar Vijay, and Jeongwan Haah. "Pertumbuhan keterikatan kuantum di bawah dinamika kesatuan acak". Fisika. Pdt.X 7, 031016 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031016

[7] Winton Brown dan Omar Fawzi. โ€œKecepatan pengacakan sirkuit kuantum acakโ€ (2013). arXiv:1210.6644.
arXiv: 1210.6644

[8] Tibor Rakovszky, Frank Pollmann, dan CW von Keyserlingk. โ€œPertumbuhan entropi rรฉnyi sub-balistik karena difusiโ€. Fis. Pendeta Lett. 122, 250602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.250602

[9] Marko Znidariฤ. โ€œPertumbuhan keterjeratan dalam sistem difusifโ€. Fisika Komunikasi 3, 100 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s42005-020-0366-7

[10] Tianci Zhou dan Andreas WW Ludwig. โ€œPenskalaan difusif entropi keterjeratan rรฉnyiโ€. Fis. Pdt. Res. 2, 033020 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033020

[11] Yiqiu Han dan Xiao Chen. โ€œKritisitas yang disebabkan oleh pengukuran dalam rangkaian otomat kuantum ${mathbb{z}}_{2}$-simetrisโ€. Fis. Pdt B 105, 064306 (2022).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.105.064306

[12] Yiqiu Han dan Xiao Chen. โ€œStruktur keterjeratan dalam fase hukum volume rangkaian otomat kuantum hibridโ€. Fis. Pdt B 107, 014306 (2023).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.107.014306

[13] Jason Iaconis, Andrew Lucas, dan Xiao Chen. โ€œTransisi fase yang disebabkan oleh pengukuran dalam rangkaian otomat kuantumโ€. Fis. Pdt. B 102, 224311 (2020).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.102.224311

[14] Brian Skinner, Jonathan Ruhman, and Adam Nahum. "Transisi fase yang diinduksi pengukuran dalam dinamika keterikatan". Fisika. Rev.X 9, 031009 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031009

[15] Amos Chan, Rahul M. Nandkishore, Michael Pretko, dan Graeme Smith. โ€œDinamika keterjeratan proyektif-kesatuanโ€. Fis. Pdt. B 99, 224307 (2019).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.99.224307

[16] Yaodong Li, Xiao Chen, dan Matthew PA Fisher. โ€œEfek zeno kuantum dan transisi keterikatan banyak bendaโ€. Fis. Pdt. B 98, 205136 (2018).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.98.205136

[17] Yaodong Li, Xiao Chen, dan Matthew PA Fisher. โ€œTransisi keterjeratan yang didorong oleh pengukuran dalam sirkuit kuantum hibridโ€. Fis. Pdt. B 100, 134306 (2019).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.100.134306

[18] Michael J. Gullans dan David A. Huse. "Transisi fase pemurnian dinamis yang disebabkan oleh pengukuran kuantum". Fis. Pdt. X 10, 041020 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.041020

[19] Yimu Bao, Soonwon Choi, dan Ehud Altman. โ€œTeori transisi fasa pada rangkaian kesatuan acak dengan pengukuranโ€. Fis. Pdt. B 101, 104301 (2020).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.101.104301

[20] Chao-Ming Jian, Yi-Zhuang You, Romain Vasseur, dan Andreas WW Ludwig. โ€œKritisitas yang disebabkan oleh pengukuran dalam sirkuit kuantum acakโ€. Fis. Pdt. B 101, 104302 (2020).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.101.104302

[21] Xiao Chen, Yaodong Li, Matthew PA Fisher, dan Andrew Lucas. "Simetri konformal yang muncul dalam dinamika acak nonuniter dari fermion bebas". Fis. Pdt. Res. 2, 033017 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033017

[22] O. Alberton, M. Buchhold, dan S. Diehl. โ€œTransisi keterjeratan dalam rantai fermion bebas yang dipantau: Dari kekritisan yang diperluas ke hukum areaโ€. Surat Tinjauan Fisik 126 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.126.170602

[23] Matteo Ippoliti, Michael J. Gullans, Sarang Gopalakrishnan, David A. Huse, dan Vedika Khemani. โ€œTransisi fase keterjeratan dalam dinamika hanya pengukuranโ€. Fis. Pdt. X 11, 011030 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011030

[24] Shengqi Sang dan Timothy H.Hsieh. โ€œFase kuantum yang dilindungi pengukuranโ€. Fis. Pdt. Res. 3, 023200 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.023200

[25] Ali Lavasani, Yahya Alavirad, dan Maissam Barkeshli. โ€œTransisi keterjeratan topologi yang disebabkan oleh pengukuran dalam sirkuit kuantum acak simetrisโ€. Fisika Alam 17, 342โ€“347 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-01112-z

[26] Utkarsh Agrawal, Aidan Zabalo, Kun Chen, Justin H. Wilson, Andrew C. Potter, JH Pixley, Sarang Gopalakrishnan, dan Romain Vasseur. โ€œTransisi keterjeratan dan penajaman muatan dalam sirkuit kuantum terpantau simetris u(1)โ€. Fis. Pdt. X 12, 041002 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.041002

[27] Matthew B. Hastings, Ivรกn Gonzรกlez, Ann B. Kallin, dan Roger G. Melko. โ€œMengukur entropi keterjeratan renyi dalam simulasi kuantum monte carloโ€. Fis. Pendeta Lett. 104, 157201 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.157201

[28] Zhi-Cheng Yang. โ€œPerbedaan antara transportasi dan pertumbuhan entropi rรฉnyi dalam model yang dibatasi secara kinetikโ€. Fis. Pdt. B 106, L220303 (2022).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.106.L220303

[29] Richard Arratia. โ€œGerakan partikel yang diberi tag dalam sistem eksklusi simetris sederhana di $z$โ€. Sejarah Probabilitas 11, 362 โ€“ 373 (1983).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1214/โ€‹aop/โ€‹1176993602

[30] Soonwon Choi, Yimu Bao, Xiao-Liang Qi, dan Ehud Altman. โ€œKoreksi kesalahan kuantum dalam dinamika pengacakan dan transisi fase yang disebabkan oleh pengukuranโ€. Fis. Pendeta Lett. 125, 030505 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.030505

[31] Ruihua Fan, Sagar Vijay, Ashvin Vishwanath, dan Yi-Zhuang You. โ€œKoreksi kesalahan yang diatur sendiri dalam rangkaian kesatuan acak dengan pengukuranโ€. Fis. Pdt. B 103, 174309 (2021).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.103.174309

[32] Yaodong Li dan Matthew PA Fisher. โ€œMekanika statistik kode koreksi kesalahan kuantumโ€. Fis. Pdt B 103, 104306 (2021).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.103.104306

[33] Yaodong Li, Sagar Vijay, dan Matthew PA Fisher. โ€œDinding domain keterjeratan dalam sirkuit kuantum yang dipantau dan polimer terarah dalam lingkungan acakโ€. PRX Kuantum 4, 010331 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010331

[34] Rajibul Islam, Ruichao Ma, Philipp M. Preiss, M. Eric Tai, Alexander Lukin, Matthew Rispoli, dan Markus Greiner. โ€œMengukur entropi keterjeratan dalam sistem banyak benda kuantumโ€. Alam 528, 77โ€“83 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15750

[35] Scott Aaronson dan Daniel Gottesman. "Peningkatan simulasi sirkuit stabilizer". Fisika. Pdt. A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[36] Hansveer Singh, Brayden A. Ware, Romain Vasseur, dan Aaron J. Friedman. โ€œSubdifusi dan kekacauan kuantum banyak benda dengan batasan kinetikโ€. Fis. Pendeta Lett. 127, 230602 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.230602

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum