Pregătirea stării cuantice prin resetarea ancillare proiectată

Pregătirea stării cuantice prin resetarea ancillare proiectată

Marca temporală: 27 martie 2024 8:51 AM
Pregătirea stării cuantice prin resetarea ancilelor proiectate PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Daniel Alcalde Puente1,2, Felix Motzoi1, Tommaso Calarco1,2,3, Giovanna Morigi4, și Matteo Rizzi1,2

1Forschungszentrum Jülich, Institutul de Control Cuantic, Institutul Peter Grünberg (PGI-8), 52425 Jülich, Germania
2Institutul de Fizică Teoretică, Universitatea din Köln, 50937 Köln, Germania
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, Italia
4Fizică teoretică, Departamentul de Fizică, Universitatea Saarland, 66123 Saarbrücken, Germania

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

În această investigație teoretică, examinăm eficacitatea unui protocol care încorporează resetarea cuantică periodică pentru pregătirea stărilor fundamentale ale Hamiltonienilor părinți fără frustrare. Acest protocol folosește un hamiltonian de direcție care permite cuplarea locală între sistem și gradele auxiliare de libertate. La intervale periodice, sistemul auxiliar este resetat la starea sa inițială. Pentru timpi de resetare infinitezimal de scurti, dinamica poate fi aproximată de un Lindbladian a cărui stare staționară este starea țintă. Pentru timpi finiți de resetare, totuși, lanțul de spin și ancilla se încurcă între operațiunile de resetare. Pentru a evalua protocolul, folosim simulări Matrix Product State și tehnici de traiectorie cuantică, concentrându-ne pe pregătirea stării spin-1 Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki. Analiza noastră ia în considerare timpul de convergență, fidelitatea și evoluția energiei în diferite intervale de resetare. Rezultatele noastre numerice arată că încrucișarea sistemului ancilla este esențială pentru o convergență mai rapidă. În special, există un timp optim de resetare la care protocolul funcționează cel mai bine. Folosind o aproximare simplă, oferim informații despre cum să alegeți în mod optim operatorii de cartografiere aplicați sistemului în timpul procedurii de resetare. În plus, protocolul arată o rezistență remarcabilă la mici abateri ale timpului de resetare și a zgomotului de defazare. Studiul nostru sugerează că hărțile stroboscopice care utilizează resetarea cuantică pot oferi avantaje față de metodele alternative, cum ar fi ingineria rezervorului cuantic și protocoalele de direcție a stării cuantice, care se bazează pe dinamica Markoviană.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] John Preskill. „Calcul cuantic în era NISQ și nu numai”. Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Jens Eisert. „Puterea încurcată și complexitatea circuitului cuantic”. Physical Review Letters 127, 020501 (2021). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501

[3] Tameem Albash și Daniel A. Lidar. „Calcul cuantic adiabatic”. Rev. Mod. Fiz. 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 și colab. „Realizarea fazei haldane protejate de simetrie în scări fermi-hubbard”. NaturePages 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 și J. Ignacio Cirac. „Pregătirea adiabatică eficientă a stărilor rețelei tensorale”. Physical Review Research 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac și MM Wolf. „Generarea secvenţială de stări multiqubit încurcate”. Fiz. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P Kaicher și Frank K Wilhelm. „Compozițiile de timp liniară și logaritmică ale operatorilor cuantici cu mai multe corpuri”. Scrisorile de revizuire fizică 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 și P. Zoller. „Inginerie cuantică a rezervoarelor cu ioni captivi răciți cu laser”. Fiz. Rev. Lett. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali și Luiz Davidovich. „Generarea radiației încurcate einstein-podolsky-rosen printr-un rezervor atomic”. Fiz. Rev. Lett. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler și P. Zoller. „Stări și faze cuantice în sisteme cuantice deschise conduse cu atomi reci”. Nature Physics 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf și J. Ignacio Cirac. „Calcul cuantic și ingineria cuantică a stării conduse de disipare”. Fizica naturii 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] SG Schirmer și Xiaoting Wang. „Stabilizarea sistemelor cuantice deschise prin ingineria rezervorului markovian”. Physical Review A 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306

[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried și David J. Wineland. „Controlul cuantic disipativ al unui lanț de spin”. Fiz. Rev. Lett. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi și Mikhail D Lukin. „Pregătirea disipativă protejată de simetrie a stărilor de produs matrice”. Physical Review 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 și Sophie Schirmer. „Încheiere de qubit la distanță lungă, bazată pe acțiune inversă, robustă, în stare constantă, peste canale cu pierderi”. Physical Review 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 și SM Girvin. „Pregătirea deterministă la adâncime constantă a stării aklt pe un procesor cuantic folosind măsurători de fuziune”. PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath și Ruben Verresen. „Împlăcere pe distanță lungă de la măsurarea fazelor topologice protejate de simetrie” (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 și colab. „Feedback-ul cuantic în timp real pregătește și stabilizează stările numărului de fotoni”. Nature 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 și Irfan Siddiqi. „Stabilizarea oscilațiilor rabi într-un qubit supraconductor folosind feedback-ul cuantic”. Nature 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 și L DiCarlo. „Împlicare deterministă a qubiților supraconductori prin măsurarea parității și feedback”. Nature 502, 350–354 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Hideo Mabuchi. „Corectarea continuă a erorilor cuantice ca control hibrid clasic”. New Journal of Physics 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 și Hideo Mabuchi. „Proiectarea memoriilor cuantice cu control încorporat: circuite fotonice pentru corectarea autonomă a erorilor cuantice”. Physical Review Letters 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 și K Birgitta Whaley. „Generarea deterministă a întanglementării la distanță cu feedback cuantic activ”. Physical Review A 92, 062321 (2015). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321

[24] Google Quantum AI. „Suprimarea erorilor cuantice prin scalarea unui qubit logic de cod de suprafață”. Nature 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 și Vittorio Giovannetti. „Omogenizare mediată”. Fiz. Rev. A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Daniel Burgarth și Vittorio Giovannetti. „Control deplin prin relaxare indusă local”. Fiz. Rev. Lett. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch și Erez Berg. „Demagnetizare adiabatică programabilă pentru sisteme cu excitații triviale și topologice” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi și Yuval Gefen. „Dirijarea sistemelor cuantice indusă de măsurare”. Physical Review Research 2, 033347 (2020). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033347

[29] Cristopher Moore și Martin Nilsson. „Calcul cuantic paralel și codurile cuantice”. Jurnal SIAM de calcul 31, 799–815 (2001). url: https://​/​doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter și Kohei M Itoh. „Exponentiație modulară cuantică rapidă”. Physical Review 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 și Himanshu Thapliyal. „Un sumător modul (2n – 1) de transport cuantic de adâncime logaritmică”. În Proceedings of the Great Lakes Symposium on VLSI 2023. Paginile 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang și Howard M Wiseman. „Feedback coerent care bate toate protocoalele de feedback bazate pe măsurare”. New Journal of Physics 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga și Martin B Plenio. „Împlăcirea și non-markovianitatea evoluțiilor cuantice”. Scrisorile de revizuire fizică 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 și Frank Pollmann. „Simetria unidimensională a protejat fazele topologice și tranzițiile lor”. Physical Review B 96, 165124 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124

[35] Frank Pollmann și Ari M Turner. „Detecția fazelor topologice protejate de simetrie într-o singură dimensiune”. Revizuire fizică 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 și Akimasa Miyake. „Computer cuantic bazat pe măsurare în starea fundamentală întreruptă a unui hamiltonian cu două corpuri”. Scrisorile de revizuire fizică 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 și P. Meystre. „Teoria unui maser microscopic”. Fiz. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] John J. Slosser și Pierre Meystre. „Stări tangente și cotangente ale câmpului electromagnetic”. Fiz. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Hans-Jürgen Briegel și Berthold-Georg Englert. „Dinamica macroscopică a unui maser cu statistici de injecție non-poissonian”. Fiz. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer și Hans Maassen. „Pregătirea stării cuantice prin completitudine asimptotică”. Fiz. Rev. Lett. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali și Giovanna Morigi. „Ingineria rezervoarelor cuantice atomice pentru fotoni”. Fiz. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov și P Hänggi. „Stări asimptotice ale sistemelor cuantice deschise: rolul interacțiunii”. New Journal of Physics 19, 083011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein și H. Walther. „Stări de captare în micromaser”. Fiz. Rev. Lett. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger și H. Walther. „Pregătirea stărilor de număr de fotoni puri ale câmpului de radiație”. Nature 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein și P. Zoller. „Răcirea cu laser la nivel de bază dincolo de limita lamb-dicke”. Europhysics Letters 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger și P. Zoller. „Răcirea cu laser a atomilor prinși la starea fundamentală: o stare întunecată în spațiul de poziție”. Fiz. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin și Klaus Mølmer. „Abordarea funcției de undă a proceselor disipative în optica cuantică”. Fiz. Rev. Lett. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller și H. Ritsch. „Simularea Monte Carlo a ecuației master atomice pentru emisie spontană”. Fiz. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür și JI Cirac. „Starile separabile pot fi folosite pentru a distribui încurcarea”. Fiz. Rev. Lett. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán și Shamik Gupta. „Formalismul integral al căii pentru resetarea stocastică: exemple rezolvate exact și comenzi rapide către izolare”. Fiz. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta și Satya N. Majumdar. „Dinamica cuantică cu resetare stocastică”. Fiz. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin şi E. Barkai. „Repornirea accelerează timpii de lovire a mersului cuantic”. Fiz. Rev. 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 și Frank Verstraete. „Principiul variațional dependent de timp pentru rețelele cuantice”. Scrisorile de revizuire fizică 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. „Traiectorii cuantice și sistemele cuantice deschise cu mai multe corpuri”. Advances in Physics 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502

[55] Centrul de supercalculare Jülich. „Jureca: Module centrate pe date și module de amplificare care implementează arhitectura modulară de supercalculare la centrul de supercalculare Jülich”. Jurnalul facilităților de cercetare la scară largă 7, A182 (2021).
https://​/​doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg și Tzu-Chieh Wei. „Lacunele spectrale ale hamiltonienilor affleck-kennedy-lieb-tasaki folosind metode de rețea tensorală”. Physical Review B 88, 245118 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Citat de

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov și Reinhold Egger, „Engineering unsteerable quantum states with active feedback”, Cercetare fizică de revizuire 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow și Eli Barkai, „Reporniți relația de incertitudine pentru dinamica cuantică monitorizată”, arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya și Shamik Gupta, „Model strâns supus resetărilor condiționate în momente aleatorii”, Revista fizică E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu și Giovanna Morigi, „Rise and fall of entanglement between two qubits in a non-Markovian bath”, Revista fizică A 108 3, 032205 (2023).

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

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-03-28 00:54:20). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2024-03-28 00:54:18).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic