Przygotowanie stanu kwantowego poprzez inżynieryjne resetowanie ancilla

Przygotowanie stanu kwantowego poprzez inżynieryjne resetowanie ancilla

Znacznik czasu: 27 marca 2024 8:51
Przygotowanie stanu kwantowego za pomocą zaprojektowanej ancilla resetującej PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Daniela Alcalde Puente1,2, Feliks Motzoi1, Tommaso Calarco1,2,3, Giovanna Morigi4, Matteo Rizzi1,2

1Forschungszentrum Jülich, Instytut Kontroli Kwantowej, Peter Grünberg Institut (PGI-8), 52425 Jülich, Niemcy
2Instytut Fizyki Teoretycznej, Uniwersytet w Kolonii, 50937 Köln, Niemcy
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bolonia, Włochy
4Fizyka Teoretyczna, Wydział Fizyki, Uniwersytet Saary, 66123 Saarbrücken, Niemcy

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

W tym teoretycznym badaniu badamy skuteczność protokołu obejmującego okresowe resetowanie kwantowe w celu przygotowania stanów podstawowych wolnych od frustracji hamiltonianów rodzicielskich. Protokół ten wykorzystuje hamiltonian sterujący, który umożliwia lokalne sprzężenie między systemem a pomocniczymi stopniami swobody. W okresowych odstępach system pomocniczy jest resetowany do stanu początkowego. W przypadku nieskończenie krótkich czasów resetowania dynamikę można przybliżyć za pomocą Lindbladiana, którego stan ustalony jest stanem docelowym. Jednakże w przypadku skończonych czasów resetowania łańcuch wirowania i Ancilla zostają splątane pomiędzy operacjami resetowania. Aby ocenić protokół, stosujemy symulacje stanu produktu Matrix i techniki trajektorii kwantowej, koncentrując się na przygotowaniu stanu Afflecka-Kennedy'ego-Kennedy'ego-Lieba-Tasaki o spinie 1. Nasza analiza uwzględnia czas zbieżności, wierność i ewolucję energii w różnych odstępach czasu. Nasze wyniki numeryczne pokazują, że splątanie układu pierścieniowego jest niezbędne dla szybszej zbieżności. W szczególności istnieje optymalny czas resetowania, w którym protokół działa najlepiej. Korzystając z prostego przybliżenia, zapewniamy wgląd w to, jak optymalnie wybrać operatory mapowania zastosowane w systemie podczas procedury resetowania. Co więcej, protokół wykazuje niezwykłą odporność na niewielkie odchylenia w czasie resetowania i szumy zmieniające fazę. Nasze badanie sugeruje, że mapy stroboskopowe wykorzystujące resetowanie kwantowe mogą oferować przewagę nad metodami alternatywnymi, takimi jak inżynieria zbiorników kwantowych i protokoły sterowania stanem kwantowym, które opierają się na dynamice Markowa.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Johna Preskilla. „Obliczenia kwantowe w erze NISQ i poza nią”. Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Jensa Eiserta. „Splątana moc i złożoność obwodów kwantowych”. Listy przeglądu fizycznego 127, 020501 (2021). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501

[3] Tameem Albash i Daniel A. Lidar. „Adiabatyczne obliczenia kwantowe”. Wielebny Mod. fizyka 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[4] Pimonpan Sompet, Sarah Hirthe, Dominik Bourgund, Thomas Chalopin, Julian Bibo, Joannis Koepsell, Petar Bojović, Ruben Verresen, Frank Pollmann, Guillaume Salomon i in. „Realizacja fazy haldanowej chronionej symetrią w drabinach Fermiego-Hubbarda”. NaturePages 1–5 (2022). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04688-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04688-z

[5] Zhi-Yuan Wei, Daniel Malz i J. Ignacio Cirac. „Efektywne adiabatyczne przygotowanie stanów sieci tensorowej”. Badania przeglądu fizycznego 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac i MM Wolf. „Sekwencyjne generowanie splątanych stanów wielokubitowych”. fizyka Wielebny Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P. Kaicher i Frank K. Wilhelm. „Liniowe i logarytmiczne składy czasu kwantowych operatorów wielu ciał”. Pisma dotyczące przeglądu fizycznego 119, 160503 (2017). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.119.160503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.119.160503

[8] JF Poyatos, JI Cirac i P. Zoller. „Kwantowa inżynieria zbiorników z uwięzionymi jonami chłodzonymi laserem”. Fiz. Wielebny Lett. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali i Luiz Davidovich. „Generowanie promieniowania splątanego Einsteina-Podolskiego-Rosena przez zbiornik atomowy”. Fiz. Wielebny Lett. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler i P. Zoller. „Stany i fazy kwantowe w napędzanych otwartych układach kwantowych z zimnymi atomami”. Fizyka przyrody 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf i J. Ignacio Cirac. „Obliczenia kwantowe i inżynieria stanów kwantowych napędzane rozpraszaniem”. Fizyka przyrody 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] SG Schirmer i Xiaoting Wang. „Stabilizacja otwartych układów kwantowych metodą inżynierii zbiornikowej Markowa”. Przegląd fizyczny A 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306

[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried i David J. Wineland. „Rozpraszająca kontrola kwantowa łańcucha spinowego”. Fiz. Wielebny Lett. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi i Michaił D Lukin. „Chronione symetrią rozpraszające przygotowanie stanów produktu matrycy”. Przegląd fizyczny A 104, 032418 (2021). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.104.032418.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.104.032418

[15] Felix Motzoi, Eli Halperin, Xiaoting Wang, K Birgitta Whaley i Sophie Schirmer. „Napędzane cofaniem, solidne, stacjonarne splątanie kubitów na duże odległości w kanałach stratnych”. Przegląd fizyczny A 94, 032313 (2016). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.94.032313.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.94.032313

[16] Kevin C. Smith, Eleanor Crane, Nathan Wiebe i SM Girvin. „Deterministyczne przygotowanie stanu aklt o stałej głębokości na procesorze kwantowym za pomocą pomiarów termojądrowych”. PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath i Ruben Verresen. „Splątanie dalekiego zasięgu z pomiaru faz topologicznych chronionych symetrią” (2021). adres URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​2112.01519.
arXiv: 2112.01519

[18] Clément Sayrin, Igor Dotsenko, Xingxing Zhou, Bruno Peaudecerf, Théo Rybarczyk, Sébastien Gleyzes, Pierre Rouchon, Mazyar Mirrahimi, Hadis Amini, Michel Brune i in. „Kwantowe sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym przygotowuje i stabilizuje stany liczby fotonów”. Natura 477, 73–77 (2011). adres URL: 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 i Irfan Siddiqi. „Stabilizacja oscylacji Rabiego w kubicie nadprzewodzącym za pomocą sprzężenia zwrotnego kwantowego”. Natura 490, 77–80 (2012). adres URL: 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 i L DiCarlo. „Deterministyczne splątanie kubitów nadprzewodzących poprzez pomiar parzystości i sprzężenie zwrotne”. Natura 502, 350–354 (2013). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Hideo Mabuchi. „Ciągła korekcja błędów kwantowych jako klasyczne sterowanie hybrydowe”. New Journal of Physics 11, 105044 (2009). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​105044

[22] Joseph Kerckhoff, Hendra I Nurdin, Dmitri S Pavlichin i Hideo Mabuchi. „Projektowanie pamięci kwantowych z wbudowanym sterowaniem: obwody fotoniczne do autonomicznej korekcji błędów kwantowych”. Listy przeglądu fizycznego 105, 040502 (2010). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.040502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.040502

[23] Leigh Martin, Felix Motzoi, Hanhan Li, Mohan Sarovar i K. Birgitta Whaley. „Deterministyczne generowanie zdalnego splątania z aktywnym sprzężeniem kwantowym”. Przegląd fizyczny A 92, 062321 (2015). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321

[24] Kwantowa sztuczna inteligencja Google. „Tłumienie błędów kwantowych poprzez skalowanie kubitu logicznego kodu powierzchniowego”. Natura 614, 676–681 (2023). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[25] Daniela Burgartha i Vittorio Giovannettiego. „Pośrednia homogenizacja”. Fiz. Rev. A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Daniela Burgartha i Vittorio Giovannettiego. „Pełna kontrola poprzez lokalnie wywołaną relaksację”. Fiz. Wielebny Lett. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch i Erez Berg. „Programowalna demagnetyzacja adiabatyczna dla układów o wzbudzeniach trywialnych i topologicznych” (2022). adres URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi i Yuval Gefen. „Sterowanie układami kwantowymi indukowane pomiarami”. Badania przeglądu fizycznego 2, 033347 (2020). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033347

[29] Cristophera Moore’a i Martina Nilssona. „Równoległe obliczenia kwantowe i kody kwantowe”. Czasopismo SIAM dotyczące informatyki 31, 799–815 (2001). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter i Kohei M. Itoh. „Szybkie kwantowe potęgowanie modułowe”. Przegląd fizyczny A 71, 052320 (2005). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.71.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.71.052320

[31] Bhaskar Gaur, Edgard Muñoz-Coreas i Himanshu Thapliyal. „Dodatek modulo (2n – 1) o głębokości logarytmicznej kwantowego przenoszenia z wyprzedzeniem”. W materiałach z sympozjum Wielkich Jezior na temat VLSI 2023. Strony 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang i Howard M. Wiseman. „Spójna informacja zwrotna, która przewyższa wszystkie protokoły informacji zwrotnej opartej na pomiarach”. New Journal of Physics 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Ángel Rivas, Susana F. Huelga i Martin B. Plenio. „Splątanie i niemarkowialność ewolucji kwantowych”. Listy z przeglądu fizycznego 105, 050403 (2010). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.050403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.050403

[34] Rubena Verresena, Rodericha Moessnera i Franka Pollmanna. „Fazy topologiczne zabezpieczone symetrią jednowymiarową i ich przejścia”. Przegląd fizyczny B 96, 165124 (2017). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124

[35] Franka Pollmanna i Ariego M. Turnera. „Wykrywanie faz topologicznych chronionych symetrią w jednym wymiarze”. Przegląd fizyczny b 86, 125441 (2012). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.86.125441.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.86.125441

[36] Gavin K. Brennen i Akimasa Miyake. „Komputer kwantowy oparty na pomiarach w stanie podstawowym Hamiltona z przerwami”. Listy z przeglądu fizycznego 101, 010502 (2008). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.101.010502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.101.010502

[37] P. Filipowicz, J. Javanainen i P. Meystre. „Teoria mikroskopijnego masera”. Fiz. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] Johna J. Slossera i Pierre’a Meystre’a. „Stan styczny i cotangens pola elektromagnetycznego”. Fiz. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Hansa-Jürgena Briegela i Bertholda-Georga Englerta. „Makroskopowa dynamika masera ze statystyką wtrysku nie Poissona”. Fiz. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer i Hans Maassen. „Przygotowanie stanu kwantowego poprzez asymptotyczną kompletność”. Fiz. Wielebny Lett. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali i Giovanna Morigi. „Inżynieria atomowych zbiorników kwantowych dla fotonów”. Fiz. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov i P Hänggi. „Asymptotyczne stany floquetowe otwartych układów kwantowych: rola interakcji”. New Journal of Physics 19, 083011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein i H. Walther. „Stany pułapkowe w mikromaserze”. Fiz. Wielebny Lett. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger i H. Walther. „Wytwarzanie czystych stanów liczbowych fotonów pola promieniowania”. Natura 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein i P. Zoller. „Chłodzenie laserem stanu podstawowego powyżej granicy lamb-dicke’a”. Listy eurofizyczne 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger i P. Zoller. „Laserowe chłodzenie uwięzionych atomów do stanu podstawowego: ciemny stan w przestrzeni pozycji”. Fiz. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin i Klaus Mølmer. „Podejście oparte na funkcji falowej do procesów rozpraszających w optyce kwantowej”. Fiz. Wielebny Lett. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller i H. Ritsch. „Symulacja Monte Carlo głównego równania atomowego emisji spontanicznej”. Fiz. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür i JI Cirac. „Stany rozdzielne można wykorzystać do rozkładu splątania”. Fiz. Wielebny Lett. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán i Shamik Gupta. „Formalizm całkujący po ścieżce dla resetowania stochastycznego: dokładnie rozwiązane przykłady i skróty do ograniczenia”. Fiz. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta i Satya N. Majumdar. „Dynamika kwantowa z resetem stochastycznym”. Fiz. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin i E. Barkai. „Ponowne uruchomienie przyspiesza czas trafienia podczas spaceru kwantowego”. Fiz. Wielebny Lett. 130, 050802 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.050802

[53] Jutho Haegeman, J Ignacio Cirac, Tobias J Osborne, Iztok Pižorn, Henri Verschelde i Frank Verstraete. „Zależna od czasu zasada wariacyjna sieci kwantowych”. Listy z przeglądu fizycznego 107, 070601 (2011). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20

[54] Andrew J. Daleya. „Trajektorie kwantowe i otwarte wielociałowe układy kwantowe”. Postępy w fizyce 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502

[55] Centrum Superkomputerowe Jülich. „Jureca: Moduły zorientowane na dane i moduły wspomagające wdrażające modułową architekturę superkomputerową w centrum superkomputerowym Jülich”. Journal of wielkoskalowych obiektów badawczych 7, A182 (2021).
https://​/​doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg i Tzu-Chieh Wei. „Przerwy widmowe hamiltonianów Afflecka-Kennedy’ego-Lieb-tasaki przy użyciu metod sieci tensorowych”. Przegląd fizyczny B 88, 245118 (2013). adres URL: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Cytowany przez

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov i Reinhold Egger, „Inżynieria niesterowalnych stanów kwantowych z aktywnym sprzężeniem zwrotnym”, Badania fizyczne Review 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow i Eli Barkai, „Restart relacji niepewności dla monitorowanej dynamiki kwantowej”, arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya i Shamik Gupta, „Ściśle wiążący model podlegający warunkowym resetom w losowych momentach”, Przegląd fizyczny E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu i Giovanna Morigi, „Powstanie i upadek splątania między dwoma kubitami w kąpieli niemarkowskiej”, Przegląd fizyczny A 108 3, 032205 (2023).

[5] Lucas Marti, Refik Mansuroglu i Michael J. Hartmann, „Efficient Quantum Cooling Algorithm for Fermionic Systems”, arXiv: 2403.14506, (2024).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2024-03-28 00:54:20). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2024-03-28 00:54:18).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy