Opkomende kwantumtoestandsontwerpen en biunitariteit in dual-unitaire circuitdynamiek PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Opkomende kwantumtoestandsontwerpen en biunitariteit in dual-unitaire circuitdynamica

Tijdstempel: 15 juni 2022 7:13 uur

Pieter W. Claeys1,2 en Austen Lamacraft2

1Max Planck Instituut voor de Fysica van Complexe Systemen, 01187 Dresden, Duitsland
2TCM Group, Cavendish Laboratory, Universiteit van Cambridge, Cambridge CB3 0HE, VK

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Recent werk heeft de opkomst onderzocht van een nieuw soort willekeurig matrixgedrag in de unitaire dynamiek na een kwantumuitdoving. Uitgaande van een in de tijd geรซvolueerde toestand kan een geheel van zuivere toestanden, ondersteund door een klein subsysteem, worden gegenereerd door projectieve metingen uit te voeren op de rest van het systeem, wat leidt tot een $textit{projected ensemble}$. In chaotische kwantumsystemen werd aangenomen dat dergelijke geprojecteerde ensembles niet meer te onderscheiden zijn van het uniforme Haar-random ensemble en zouden leiden tot een $textit{quantum state design}$. Exacte resultaten zijn onlangs gepresenteerd door Ho en Choi [Phys. Ds. Lett. 128, 060601 (2022)] voor het geschopte Ising-model op het zelf-dualistische punt. We bieden een alternatieve constructie die kan worden uitgebreid naar algemene chaotische dual-unitaire circuits met oplosbare initiรซle toestanden en metingen, waarbij we de rol van de onderliggende dual-unitariteit benadrukken en verder laten zien hoe dual-unitaire circuitmodellen zowel exacte oplosbaarheid als willekeurig matrixgedrag vertonen. Voortbouwend op de resultaten van biunitaire verbindingen laten we zien hoe complexe Hadamard-matrices en unitaire foutbases beide leiden tot oplosbare meetschema's.

Uitgelichte afbeelding: Schematische illustratie van een kwantumcircuit waarbij metingen op het waargenomen subsysteem B willekeurige toestanden retourneren op het niet-waargenomen subsysteem A.

Populaire samenvatting

Recente demonstraties van kwantumsuprematie zijn gebaseerd op het voorbereiden van willekeurige kwantumtoestanden. In deze experimenten werd willekeur geรฏntroduceerd door experimentele parameters te kiezen met behulp van gewone (pseudo-)willekeurige getalgeneratoren. Onlangs werd een alternatieve aanpak voorgesteld: door een deel van een groot kwantumsysteem te meten, zou de onzekerheid die inherent is aan het kwantummeetproces zelf kunnen worden gebruikt om een โ€‹โ€‹willekeurige kwantumtoestand te genereren in het niet-waargenomen deel van het systeem.

Wil deze aanpak werken, dan moet de staat een hoge mate van verstrengeling tussen de twee subsystemen hebben. Aan de andere kant moeten haalbare experimentele realisaties lokaal zijn: bijvoorbeeld gevormd door bewerkingen op aangrenzende qubits. In dit artikel laten we zien dat een onlangs geรฏntroduceerde familie van kwantumcircuits gemaakt van dual-unitaire poorten precies de noodzakelijke ingrediรซnten biedt om willekeurig willekeurige kwantumtoestanden op te bouwen door middel van gedeeltelijke metingen. Naast mogelijke toepassingen bij het benchmarken van kwantumcomputers, bieden onze resultaten een gedetailleerd beeld van de kwantumchaotische eigenschappen van de golffuncties van een uitgebreid systeem.

โ–บ BibTeX-gegevens

โ–บ Referenties

[1] L. D'Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov, en M. Rigol, Adv. Fys. 65, 239 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2016.1198134

[2] H.-J. Stรถckmann, Quantum Chaos: een inleiding (Cambridge University Press, Cambridge, 1999).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511524622

[3] F. Haake, Quantum Signatures of Chaos, Springer Series in Synergetics, Vol. 54 (Springer Berlijn Heidelberg, Berlijn, Heidelberg, 2010).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹978-3-642-05428-0

[4] M. Akila, D. Waltner, B. Gutkin, en T. Guhr, J. Phys. EEN: Wiskunde. Theor. 49, 375101 (2016).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹1751-8113/โ€‹49/โ€‹37/โ€‹375101

[5] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, Phys. Ds. Lett. 121, 264101 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.264101

[6] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, Phys. Rev. X 9, 021033 (2019a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.021033

[7] S. Gopalakrishnan en A. Lamacraft, Phys. B 100, 064309 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.100.064309

[8] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, Phys. Ds. Lett. 123, 210601 (2019b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.210601

[9] SA Liever S. Aravinda en A. Lakshminarayan, Phys. Ds. Lett. 125, 070501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.070501

[10] B. Gutkin, P. Braun, M. Akila, D. Waltner en T. Guhr, Phys. B 102, 174307 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.174307

[11] S. Aravinda, SA Liever, en A. Lakshminarayan, Phys. Rev. Onderzoek 3, 043034 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043034

[12] PW Claeys en A. Lamacraft, Phys. Ds. Lett. 126, 100603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.100603

[13] T. Prosen, Chaos 31, 093101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0056970

[14] S. Singh en I. Nechita, arXiv: 2112.11123 (2021).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹1751-8121/โ€‹ac7017
arXiv: 2112.11123v1

[15] M. Borsi en B. Pozsgay, arXiv: 2201.07768 (2022).
arXiv: 2201.07768

[16] PW Claeys en A. Lamacraft, Phys. Rev. Onderzoek 2, 033032 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033032

[17] B. Bertini en L. Piroli, Phys. B 102, 064305 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.064305

[18] R. Suzuki, K. Mitarai en K. Fujii, Quantum 6, 631 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2022-01-24-631

[19] L. Piroli, B. Bertini, JI Cirac en T. Prosen, Phys. B 101, 094304 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.101.094304

[20] B. Jonnadula, P. Mandayam, K. ลปyczkowski en A. Lakshminarayan, Phys. Rev. Onderzoek 2, 043126 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043126

[21] I. Reid en B. Bertini, Phys. B 104, 014301 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.104.014301

[22] P. Kos, B. Bertini en T. Prosen, Phys. Rev. X 11, 011022 (2021a).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011022

[23] A. Lerose, M. Sonner en DA Abanin, Phys. Rev. X 11, 021040 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021040

[24] G. Giudice, G. Giudici, M. Sonner, J. Thoenniss, A. Lerose, DA Abanin, en L. Piroli, Phys. Ds. Lett. 128, 220401 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.220401

[25] A. Lerose, M. Sonner en DA Abanin, arXiv:2201.04150 (2022).
arXiv: 2201.04150

[26] A. Zabalo, M. Gullans, J. Wilson, R. Vasseur, A. Ludwig, S. Gopalakrishnan, DA Huse, en J. Pixley, Phys. Ds. Lett. 128, 050602 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.050602

[27] E. Chertkov, J. Bohnet, D. Francois, J. Gaebler, D. Gresh, A. Hankin, K. Lee, R. Tobey, D. Hayes, B. Neyenhuis, R. Stutz, AC Potter en M. Foss-Feig, arXiv:2105.09324 (2021).
arXiv: 2105.09324

[28] X. Mi, P. Roushan, C. Quintana, S. Mandrร , J. Marshall, C. Neill, F. Arute, K. Arya, J. Atalaya, R. Babbush, JC Bardin, R. Barends, J. Basso , A. Bengtsson, S. Boixo, A. Bourassa, M. Broughton, BB Buckley, DA Buell, B. Burkett, N. Bushnell, Z. Chen, B. Chiaro, R. Collins, W. Courtney, S. Demura , AR Derk, A. Dunsworth, D. Eppens, C. Erickson, E. Farhi, AG Fowler, B. Foxen, C. Gidney, M. Giustina, JA Gross, MP Harrigan, SD Harrington, J. Hilton, A. Ho, S. Hong, T. Huang, WJ Huggins, LB Ioffe, SV Isakov, E. Jeffrey, Z. Jiang, C. Jones, D. Kafri, J. Kelly, S. Kim, A. Kitaev, PV Klimov, AN Korotkov, F. Kostritsa, D. Landhuis, P. Laptev, E. Lucero, O. Martin, JR McClean, T. McCourt, M. McEwen, A. Megrant, KC Miao, M. Mohseni, S. Montazeri, W Mruczkiewicz, J. Mutus, O. Naaman, M. Neeley, M. Newman, MY Niu, TE O'Brien, A. Opremcak, E. Ostby, B. Pato, A. Petukhov, N. Redd, NC Rubin, D. Sank, KJ Satzinger, V. Shvarts, D. Strain, M. Szalay, MD Trevithick, B. Villalonga, T. White, ZJ Yao, P. Yeh, A. Zalcman, H. Neven, I. Aleiner, K Kechedzhi, V. Smelyanskiy en Y. Chen, Science (2021), 10.1126/โ€‹science.abg5029.
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/10.1126/โ€‹science.abg5029

[29] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, Commun. Wiskunde. Fys. 387, 597 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹s00220-021-04139-2

[30] P. Kos, B. Bertini en T. Prosen, Phys. Ds. Lett. 126, 190601 (2021b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.190601

[31] F. Fritzsch en T. Prosen, Phys. E 103, 062133 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.103.062133

[32] JS Cotler, DK Mark, H.-Y. Huang, F. Hernandez, J. Choi, AL Shaw, M. Endres en S. Choi, arXiv: 2103.03536 (2021).
arXiv: 2103.03536

[33] J. Choi, AL Shaw, IS Madjarov, X. Xie, JP Covey, JS Cotler, DK Mark, H.-Y. Huang, A. Kale, H. Pichler, FGSL Brandรฃo, S. Choi en M. Endres, arXiv: 2103.03535 (2021).
arXiv: 2103.03535

[34] WW Ho en S. Choi, Phys. Ds. Lett. 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[35] D. Gross, K. Audenaert en J. Eisert, J. Math. Phys. 48, 052104 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2716992

[36] A. Ambainis en J. Emerson, in de tweeรซntwintigste jaarlijkse IEEE-conferentie over computercomplexiteit (CCC'07) (2007), blz. 129โ€“140, iSSN: 1093-0159.
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2007.26

[37] DA Roberts en B. Yoshida, J. Hoge energie. Fys. 2017, 121 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP04 (2017) 121

[38] H. Wilming en I. Roth, arXiv:2202.01669 (2022).
arXiv: 2202.01669

[39] DJ Reutter en J. Vicary, Hogere Structuren 3, 109 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.48550/โ€‹arXiv.1609.07775

[40] A. Chandran en CR Laumann, Phys. B 92, 024301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.92.024301

[41] A. Nahum, J. Ruhman, S. Vijay en J. Haah, Phys. Rev. X 7, 031016 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031016

[42] V. Khemani, A. Vishwanath en DA Huse, Phys. Rev. X 8, 031057 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031057

[43] C. von Keyserlingk, T. Rakovszky, F. Pollmann en S. Sondhi, Phys. Rev. X 8, 021013 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021013

[44] A. Nahum, S. Vijay en J. Haah, Phys. Rev. X 8, 021014 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021014

[45] A. Chan, A. De Luca en J. Chalker, Phys. Rev. X 8, 041019 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.041019

[46] T. Rakovszky, F. Pollmann en C. von Keyserlingk, Phys. Rev. X 8, 031058 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031058

[47] T. Rakovszky, F. Pollmann en C. von Keyserlingk, Phys. Ds. Lett. 122, 250602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.250602

[48] T. Zhou en A. Nahum, Phys. Rev. X 10, 031066 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031066

[49] S. Garratt en J. Chalker, Phys. Rev. X 11, 021051 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021051

[50] J. Bensa en M. ลฝnidariฤ, Phys. Rev. X 11, 031019 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.031019

[51] R. Orรบs, Ann. Fys. 349, 117 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013

[52] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, SciPost Phys. 8, 067 (2020a).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.8.4.067

[53] D. Weingarten, J. Math. Fys. 19, 999 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.523807

[54] B. Collins, Int. Wiskunde. Res. Niet. 2003, 953 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1155 / S107379280320917X

[55] B. Collins en P. ลšniady, Commun. Wiskunde. Fys. 264, 773 (2006).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹s00220-006-1554-3

[56] B. Bertini, P. Kos en T. Prosen, SciPost Phy. 8, 068 (2020b).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.8.4.068

[57] Z. Webb, QIC 16, 1379 (2016).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC16.15-16-8

[58] E. Knill, Niet-binaire unitaire foutbases en kwantumcodes, Tech. Rep. LA-UR-96-2717 (Los Alamos National Lab. (LANL), Los Alamos, NM (Verenigde Staten), 1996).
https: / / doi.org/ 10.2172 / 373768

[59] P. Shor, in Proceedings of 37th Conference on Foundations of Computer Science (1996), pp. 56โ€“65, iSSN: 0272-5428.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1996.548464

[60] RF Werner, J.Phys. EEN: Wiskunde. Gen. 34, 7081 (2001).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹0305-4470/โ€‹34/โ€‹35/โ€‹332

[61] J. Hauschild en F. Pollmann, SciPost Phys. Lezing. Opmerkingen, 005 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

[62] Y. Li, X. Chen en MPA Fisher, Phys. B 98, 205136 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.205136

[63] B. Skinner, J. Ruhman en A. Nahum, Phys. Rev. X 9, 031009 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031009

[64] A. Chan, RM Nandkishore, M. Pretko, en G. Smith, Phys. B 99, 224307 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.99.224307

[65] MJ Gullans en DA Huse, Phys. Rev. X 10, 041020 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.041020

[66] M. Ippoliti en WW Ho, arXiv: 2204.13657 (2022).
arXiv: 2204.13657

Geciteerd door

[1] Matteo Ippoliti en Wen Wei Ho, "Dynamische zuivering en de opkomst van kwantumstaatontwerpen uit het geprojecteerde ensemble", arXiv: 2204.13657.

[2] Suhail Ahmad Liever, S. Aravinda en Arul Lakshminarayan, "Constructie en lokale gelijkwaardigheid van dual-unitaire operatoren: van dynamische kaarten tot kwantumcombinatorische ontwerpen", arXiv: 2205.08842.

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2022-07-16 14:31:19). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2022-07-16 14:31:18).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal