Preparação do estado quântico por meio de redefinição ancilla projetada

Preparação do estado quântico por meio de redefinição ancilla projetada

Carimbo de hora: 27 de março de 2024 8h51
Preparação do estado quântico por meio de redefinição ancilla projetada do PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Daniel Alcalde Puente1,2, Félix Motzoi1, Tomás Calarco1,2,3, Giovanna Morigi4 e Matteo Rizzi1,2

1Forschungszentrum Jülich, Instituto de Controle Quântico, Peter Grünberg Institut (PGI-8), 52425 Jülich, Alemanha
2Instituto de Física Teórica, Universidade de Colônia, 50937 Köln, Alemanha
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bolonha, Itália
4Física Teórica, Departamento de Física, Universidade de Saarland, 66123 Saarbrücken, Alemanha

Acha este artigo interessante ou deseja discutir? Scite ou deixe um comentário no SciRate.

Sumário

Nesta investigação teórica, examinamos a eficácia de um protocolo que incorpora reinicialização quântica periódica para preparar estados fundamentais de hamiltonianos parentais livres de frustração. Este protocolo usa um hamiltoniano de direção que permite o acoplamento local entre o sistema e os graus de liberdade auxiliares. Em intervalos periódicos, o sistema auxiliar é reposto no seu estado inicial. Para tempos de reinicialização infinitamente curtos, a dinâmica pode ser aproximada por um Lindbladian cujo estado estacionário é o estado alvo. Para tempos de reinicialização finitos, entretanto, a cadeia de rotação e a ancilla ficam emaranhadas entre as operações de reinicialização. Para avaliar o protocolo, empregamos simulações de estado de produto matricial e técnicas de trajetória quântica, com foco na preparação do estado spin-1 de Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki. Nossa análise considera o tempo de convergência, a fidelidade e a evolução da energia sob diferentes intervalos de reinicialização. Nossos resultados numéricos mostram que o emaranhamento do sistema ancilla é essencial para uma convergência mais rápida. Em particular, existe um tempo de reinicialização ideal no qual o protocolo apresenta melhor desempenho. Usando uma aproximação simples, fornecemos insights sobre como escolher de maneira ideal os operadores de mapeamento aplicados ao sistema durante o procedimento de reinicialização. Além disso, o protocolo mostra notável resiliência a pequenos desvios no tempo de reinicialização e no ruído de defasagem. Nosso estudo sugere que mapas estroboscópicos usando redefinição quântica podem oferecer vantagens sobre métodos alternativos, como engenharia de reservatórios quânticos e protocolos de direção de estado quântico, que dependem da dinâmica Markoviana.

► dados BibTeX

► Referências

[1] João Preskill. “Computação Quântica na era NISQ e além”. Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Jens Eisert. “Enredando poder e complexidade de circuito quântico”. Cartas de Revisão Física 127, 020501 (2021). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501

[3] Tameem Albash e Daniel A. Lidar. “Cálculo quântico adiabático”. Rev. Mod. Física 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, e outros. “Realizando a fase haldano protegida por simetria em escadas fermi-hubbard”. NaturePáginas 1–5 (2022). 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 e J. Ignacio Cirac. “Preparação adiabática eficiente de estados de redes tensores”. Pesquisa de Revisão Física 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac e MM Wolf. "Geração sequencial de estados multiqubit emaranhados". Física Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P Kaicher e Frank K Wilhelm. “Composições de tempo linear e logarítmico de operadores quânticos de muitos corpos”. Cartas de revisão física 119, 160503 (2017). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.119.160503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.119.160503

[8] JF Poyatos, JI Cirac e P. Zoller. “Engenharia de reservatórios quânticos com íons presos resfriados a laser”. Física. Rev. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali e Luiz Davidovich. “Geração de radiação emaranhada de Einstein-Podolsky-Rosen através de um reservatório atômico”. Física. Rev. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler e P. Zoller. “Estados quânticos e fases em sistemas quânticos abertos acionados com átomos frios”. Física da Natureza 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf e J. Ignacio Cirac. “Computação quântica e engenharia de estado quântico impulsionada pela dissipação”. Física da Natureza 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] SG Schirmer e Xiaoting Wang. “Estabilizando sistemas quânticos abertos por engenharia de reservatórios markovianos”. Revisão Física A 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306

[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried e David J. Wineland. “Controle quântico dissipativo de uma cadeia de spin”. Física. Rev. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi e Mikhail D Lukin. “Preparação dissipativa protegida por simetria de estados de produtos de matriz”. Revisão Física A 104, 032418 (2021). 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 e Sophie Schirmer. “Emaranhamento de qubits de longa distância em estado estacionário, robusto e orientado por ação reversa em canais com perdas”. Revisão Física A 94, 032313 (2016). 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 e SM Girvin. “Preparação determinística de profundidade constante do estado aklt em um processador quântico usando medições de fusão”. PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath e Ruben Verresen. “Emaranhamento de longo alcance na medição de fases topológicas protegidas por simetria” (2021). 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, e outros. “O feedback quântico em tempo real prepara e estabiliza os estados do número de fótons”. Natureza 477, 73–77 (2011). 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 e Irfan Siddiqi. “Estabilizando oscilações rabi em um qubit supercondutor usando feedback quântico”. Natureza 490, 77–80 (2012). 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 e L DiCarlo. “Emaranhamento determinístico de qubits supercondutores por medição de paridade e feedback”. Natureza 502, 350–354 (2013). URL: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Hideo Mabuchi. “Correção quântica contínua de erros como controle híbrido clássico”. Novo Jornal de Física 11, 105044 (2009). 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 e Hideo Mabuchi. “Projetando memórias quânticas com controle embarcado: circuitos fotônicos para correção autônoma de erros quânticos”. Cartas de Revisão Física 105, 040502 (2010). 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 e K Birgitta Whaley. “Geração determinística de emaranhamento remoto com feedback quântico ativo”. Revisão Física A 92, 062321 (2015). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321

[24] IA quântica do Google. “Suprimindo erros quânticos escalonando um qubit lógico de código de superfície”. Natureza 614, 676–681 (2023). URL: https://​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[25] Daniel Burgarth e Vittorio Giovannetti. “Homogeneização Mediada”. Física. Rev.A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Daniel Burgarth e Vittorio Giovannetti. “Controle total por relaxamento induzido localmente”. Física. Rev. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch e Erez Berg. “Desmagnetização adiabática programável para sistemas com excitações triviais e topológicas” (2022). URL: https://​/​arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi e Yuval Gefen. “Direção induzida por medição de sistemas quânticos”. Pesquisa de Revisão Física 2, 033347 (2020). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033347

[29] Cristopher Moore e Martin Nilsson. “Computação quântica paralela e códigos quânticos”. Jornal SIAM sobre computação 31, 799–815 (2001). url: https:///​/​doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter e Kohei M Itoh. “Exponenciação modular quântica rápida”. Revisão Física A 71, 052320 (2005). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.71.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.71.052320

[31] Bhaskar Gaur, Edgard Muñoz-Coreas e Himanshu Thapliyal. “Um somador módulo carry-lookahead quântico de profundidade logarítmica (2n – 1)”. Nos Anais do Simpósio dos Grandes Lagos no VLSI 2023. Páginas 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang e Howard M Wiseman. “Feedback coerente que supera todos os protocolos de feedback baseados em medição”. Novo Jornal de Física 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga e Martin B Plenio. “Enredamento e não-markovianidade das evoluções quânticas”. Cartas de revisão física 105, 050403 (2010). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.105.050403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.050403

[34] Ruben Verresen, Roderich Moessner e Frank Pollmann. “A simetria unidimensional protegeu as fases topológicas e suas transições”. Revisão Física B 96, 165124 (2017). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124

[35] Frank Pollmann e Ari M Turner. “Detecção de fases topológicas protegidas por simetria em uma dimensão”. Revisão física b 86, 125441 (2012). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.86.125441.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.86.125441

[36] Gavin K. Brennen e Akimasa Miyake. “Computador quântico baseado em medição no estado fundamental lacunado de um hamiltoniano de dois corpos”. Cartas de revisão física 101, 010502 (2008). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.101.010502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.101.010502

[37] P. Filipowicz, J. Javanainen e P. Meystre. “Teoria de um maser microscópico”. Física. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] John J. Slosser e Pierre Meystre. “Estados tangente e cotangente do campo eletromagnético”. Física. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Hans-Jürgen Briegel e Berthold-Georg Englert. “Dinâmica macroscópica de um maser com estatísticas de injeção não venenosas”. Física. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer e Hans Maassen. “Preparação do estado quântico via completude assintótica”. Física. Rev. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali e Giovanna Morigi. “Engenharia de reservatórios quânticos atômicos para fótons”. Física. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov e P Hänggi. “Estados floquet assintóticos de sistemas quânticos abertos: o papel da interação”. Novo Jornal de Física 19, 083011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein e H. Walther. “Aprisionando estados no micromaser”. Física. Rev. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger e H. Walther. “Preparando estados de número de fótons puros do campo de radiação”. Natureza 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein e P. Zoller. “Resfriamento do laser no estado fundamental além do limite de cordeiro”. Cartas Eurofísicas 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger e P. Zoller. “Resfriamento a laser de átomos presos ao estado fundamental: um estado escuro no espaço de posição”. Física. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin e Klaus Mølmer. “Abordagem de função de onda para processos dissipativos em óptica quântica”. Física. Rev. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller e H. Ritsch. “Simulação de Monte Carlo da equação mestra atômica para emissão espontânea”. Física. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür e JI Cirac. “Estados separáveis ​​podem ser usados ​​para distribuir o emaranhamento”. Física. Rev. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán e Shamik Gupta. “Formalismo de caminho integral para reinicialização estocástica: exemplos resolvidos com exatidão e atalhos para o confinamento”. Física. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta e Satya N. Majumdar. “Dinâmica quântica com reset estocástico”. Física. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin e E. Barkai. “A reinicialização acelera os tempos de caminhada quântica”. Física. Rev. 130, 050802 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.050802

[53] Jutho Haegeman, J Ignacio Cirac, Tobias J Osborne, Iztok Pižorn, Henri Verschelde e Frank Verstraete. “Princípio variacional dependente do tempo para redes quânticas”. Cartas de revisão física 107, 070601 (2011). URL: https://​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-10579-4_20

[54] Andrew J. Daley. “Trajetórias quânticas e sistemas quânticos abertos de muitos corpos”. Avanços na Física 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502

[55] Centro de Supercomputação Jülich. “Jureca: Módulos centrados em dados e de reforço implementando a arquitetura modular de supercomputação no centro de supercomputação de Jülich”. Jornal de instalações de pesquisa em grande escala 7, A182 (2021).
https:///​doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg e Tzu-Chieh Wei. “Lacunas espectrais de hamiltonianos affleck-kennedy-lieb-tasaki usando métodos de rede tensorial”. Revisão Física B 88, 245118 (2013). url: https:///​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Citado por

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov e Reinhold Egger, “Engenharia de estados quânticos incontroláveis ​​com feedback ativo”, Pesquisa de Revisão Física 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow e Eli Barkai, “Reiniciar relação de incerteza para dinâmica quântica monitorada”, arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya e Shamik Gupta, “Modelo de ligação rígida sujeito a redefinições condicionais em momentos aleatórios”, Revisão Física E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu e Giovanna Morigi, “Ascensão e queda do emaranhamento entre dois qubits em um banho não Markoviano”, Revisão Física A 108 3, 032205 (2023).

[5] Lucas Marti, Refik Mansuroglu e Michael J. Hartmann, “Algoritmo de resfriamento quântico eficiente para sistemas fermiônicos”, arXiv: 2403.14506, (2024).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2024-03-28 00:54:20). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2024-03-28 00:54:18).

Este artigo é publicado na Quantum sob o Atribuição 4.0 do Creative Commons Internacional (CC BY 4.0) licença. Os direitos autorais permanecem com os detentores originais, como os autores ou suas instituições.

Carimbo de hora:

Mais de Diário Quântico