Emergent quantum state designs and biunitarity in dual-unitary circuit dynamics PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Proiectări de stări cuantice emergente și biunitaritate în dinamica circuitelor duale-unitare

Marca temporală: 15 iunie 2022 7:13

Pieter W. Claeys1,2 și Austen Lamacraft2

1Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe, 01187 Dresda, Germania
2Grupul TCM, Laboratorul Cavendish, Universitatea din Cambridge, Cambridge CB3 0HE, Marea Britanie

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

Abstract

Lucrări recente au investigat apariția unui nou tip de comportament ale matricei aleatoare în dinamica unitară în urma unei stingeri cuantice. Pornind de la o stare evoluată în timp, un ansamblu de stări pure susținute pe un subsistem mic poate fi generat prin efectuarea de măsurători proiective pe restul sistemului, conducând la un $textit{ansamblu proiectat}$. În sistemele cuantice haotice s-a presupus că astfel de ansambluri proiectate devin imposibil de distins de ansamblul uniform Haar-aleatoriu și conduc la un $textit{proiectarea stării cuantice}$. Rezultatele exacte au fost prezentate recent de Ho și Choi [Phys. Rev. Lett. 128, 060601 (2022)] pentru modelul Ising lovit la punctul auto-dual. Oferim o construcție alternativă care poate fi extinsă la circuitele dual-unitare haotice generale cu stări și măsurători inițiale rezolvabile, evidențiind rolul dual-unității subiacente și arătând în continuare modul în care modelele de circuite duale-unitare prezintă atât solubilitate exactă, cât și comportament ale matricei aleatoare. Pe baza rezultatelor conexiunilor biunitare, arătăm cât de complexe matrice Hadamard și baze de eroare unitare duc ambele la scheme de măsurare rezolvabile.

Imagine prezentată: Ilustrarea schematică a unui circuit cuantic pentru care măsurătorile pe subsistemul observat B returnează stări aleatorii pe subsistemul A neobservat.

Rezumat popular

Demonstrațiile recente ale supremației cuantice s-au bazat pe pregătirea stărilor cuantice aleatorii. În aceste experimente, aleatorietatea a fost introdusă prin alegerea parametrilor experimentali folosind generatoare obișnuite de numere (pseudo-)aleatoare. Recent, a fost sugerată o abordare alternativă: prin măsurarea unei părți a unui sistem cuantic mare, incertitudinea inerentă procesului de măsurare cuantică în sine ar putea fi utilizată pentru a genera o stare cuantică aleatorie în partea neobservată a sistemului.

Pentru ca această abordare să funcționeze statul trebuie să aibă un grad ridicat de încurcare între cele două subsisteme. Pe de altă parte, realizările experimentale fezabile trebuie să fie locale: formate din operații pe qubiți vecini, de exemplu. În această lucrare arătăm că o familie recent introdusă de circuite cuantice realizate din porți duale-unitare oferă exact ingredientele necesare pentru a construi stări cuantice arbitrar aleatorii prin metoda măsurătorilor parțiale. Pe lângă potențialele aplicații pentru evaluarea comparativă a computerelor cuantice, rezultatele noastre oferă o vedere detaliată a proprietăților haotice cuantice ale funcțiilor de undă ale unui sistem extins.

► Date BibTeX

► Referințe

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

[2] H.-J. Stöckmann, Quantum Chaos: An Introduction (Cambridge University Press, Cambridge, 1999).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511524622

[3] F. Haake, Semnăturile cuantice ale haosului, Seria Springer în Synergetics, voi. 54 (Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2010).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-05428-0

[4] M. Akila, D. Waltner, B. Gutkin și T. Guhr, J. Phys. A: Matematică. Theor. 49, 375101 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​49/​37/​375101

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

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

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

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

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

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

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

[12] PW Claeys și A. Lamacraft, Phys. Rev. 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 și I. Nechita, arXiv:2112.11123 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / ac7017
arXiv: 2112.11123v1

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

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

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

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

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

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

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

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

[23] A. Lerose, M. Sonner și 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 și L. Piroli, Phys. Rev. Lett. 128, 220401 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.220401

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

[26] A. Zabalo, M. Gullans, J. Wilson, R. Vasseur, A. Ludwig, S. Gopalakrishnan, DA Huse și J. Pixley, Phys. Rev. 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 și M. Foss-Feig, arXiv:2105.09324 (2021).
arXiv: 2105.09324

[28] X. Mi, P. Roushan, C. Quintana, S. Mandrà, 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 și Y. Chen, Science (2021), 10.1126/​science.abg5029.
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.abg5029

[29] B. Bertini, P. Kos și T. Prosen, Comun. Matematică. Fiz. 387, 597 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-021-04139-2

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

[31] F. Fritzsch și T. Prosen, Phys. Rev. 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 și 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 Brandão, S. Choi și M. Endres, arXiv:2103.03535 (2021).
arXiv: 2103.03535

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

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

[36] A. Ambainis și J. Emerson, în Twenty-Second Annual IEEE Conference on Computational Complexity (CCC'07) (2007) pp. 129–140, iSSN: 1093-0159.
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2007.26

[37] DA Roberts și B. Yoshida, J. High Energ. Fiz. 2017, 121 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP04 (2017) 121

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

[39] DJ Reutter și J. Vicary, Higher Structures 3, 109 (2019).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1609.07775

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[55] B. Collins și P. Śniady, Comun. Matematică. Fiz. 264, 773 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1554-3

[56] B. Bertini, P. Kos și 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, Baze de erori unitare non-binare și coduri cuantice, Tech. Rep. LA-UR-96-2717 (Los Alamos National Lab. (LANL), Los Alamos, NM (Statele Unite), 1996).
https: / / doi.org/ 10.2172 / 373768

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

[60] RF Werner, J. Phys. A: Matematică. Gen. 34, 7081 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​332

[61] J. Hauschild și F. Pollmann, SciPost Phys. Lect. Note , 005 (2018).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysLectNotes.5

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

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

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

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

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

Citat de

[1] Matteo Ippoliti și Wen Wei Ho, „Purificarea dinamică și apariția modelelor de stări cuantice din ansamblul proiectat”, arXiv: 2204.13657.

[2] Suhail Ahmad Rather, S. Aravinda și Arul Lakshminarayan, „Construcția și echivalența locală a operatorilor dual-unitari: de la hărți dinamice la proiecte combinatorii cuantice”, arXiv: 2205.08842.

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2022-07-16 14:31:19). 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 2022-07-16 14:31:18).

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