Traiectoria încurcăturii și limita ei

Traiectoria încurcăturii și limita ei

Entanglement Trajectory și limitele sale PlatoBlockchain Data Intelligence. Căutare verticală. Ai.

Ruge Lin

Centrul de Cercetare Quantum, Institutul de Inovare Tehnologică, Emiratele Arabe Unite.
Departament de Física Quàntica i Astrofísica și Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, ​​Spania.

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

Abstract

În acest articol, prezentăm o abordare nouă pentru investigarea întanglementării în contextul calculului cuantic. Metodologia noastră implică analizarea matricelor cu densitate redusă în diferite etape ale execuției unui algoritm cuantic și reprezentarea valorii proprii dominante și a entropiei von Neumann pe un grafic, creând o „traiectorie de încrucișare”. Pentru a stabili limitele traiectoriei, folosim teoria matricei aleatoare. Prin examinarea unor exemple cum ar fi calculul adiabatic cuantic, algoritmul Grover și algoritmul Shor, demonstrăm că traiectoria de încrucișare rămâne în limitele stabilite, prezentând caracteristici unice pentru fiecare exemplu. Mai mult, arătăm că aceste limite și caracteristici pot fi extinse la traiectorii definite prin măsuri alternative de entropie. Traiectoria întanglementării servește ca o proprietate invariantă a unui sistem cuantic, menținând consistența în diferite situații și definiții ale întanglementării. Simulările numerice care însoțesc această cercetare sunt disponibile prin acces deschis.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Richard Jozsa și Noah Linden. Despre rolul întanglementării în accelerarea cuantică-computațională. Proceedings of the Royal Society of London. Seria A: Științe matematice, fizice și inginerie, DOI: 10.1098/​rspa.2002.1097.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2002.1097

[2] Román Orús și José I Latorre. Universalitatea încurcăturii și complexitatea calculului cuantic. Revista fizică A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.69.052308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.052308

[3] Guifré Vidal. Simulare clasică eficientă a calculelor cuantice ușor încurcate. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.91.147902.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.147902

[4] David Gross, Steve T Flammia și Jens Eisert. Majoritatea stărilor cuantice sunt prea încurcate pentru a fi utile ca resurse de calcul. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.102.190501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.190501

[5] Ingemar Bengtsson și Karol Życzkowski. Geometria stărilor cuantice: o introducere în întanglementarea cuantică. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511535048.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511535048

[6] Stavros Efthymiou, Sergi Ramos-Calderer, Carlos Bravo-Prieto, Adrián Pérez-Salinas, Diego García-Martín, Artur Garcia-Saez, José Ignacio Latorre și Stefano Carrazza. Qibo: un cadru pentru simularea cuantică cu accelerare hardware. Quantum Science and Technology, DOI: 10.1088/​2058-9565/​ac39f5.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac39f5

[7] Stavros Efthymiou, Marco Lazzarin, Andrea Pasquale și Stefano Carrazza. Simulare cuantică cu compilare just-in-time. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2022-09-22-814.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-814

[8] Ruge Lin. https://​/​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix.
https://​/​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix

[9] Tameem Albash și Daniel A Lidar. Calcul cuantic adiabatic. Reviews of Modern Physics, DOI: 10.1103/​RevModPhys.90.015002.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[10] Neil G Dickson și MHS Amin. Optimizarea cuantică adiabatică eșuează pentru probleme np-complete? Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.106.050502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.050502

[11] Marko Žnidarič și Martin Horvat. Complexitatea exponențială a unui algoritm adiabatic pentru o problemă np-completă. Revista fizică A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.73.022329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022329

[12] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​exemple /​adiabatic3sat.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​adiabatic3sat

[13] Iubitor K Grover. Un algoritm mecanic cuantic rapid pentru căutarea în baze de date. Actele celui de-al douăzeci și opta simpozion anual ACM privind teoria calculului, DOI: 10.1145/​237814.237866.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 237814.237866

[14] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​exemple /​grover3sat.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​grover3sat

[15] Alexander M Dalzell, Nicola Pancotti, Earl T Campbell și Fernando GSL Brandão. Luați în considerare decalajul: obținerea unei accelerații cuantice super-grover, sărind până la capăt. Proceedings of the 55th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, DOI: 10.1145/​3564246.3585203.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3564246.3585203

[16] Thomas Dueholm Hansen, Haim Kaplan, Or Zamir și Uri Zwick. Algoritmi k-sat mai rapidi folosind biased-ppsz. Proceedings of the 51th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing, DOI: 10.1145/​3313276.3316359.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316359

[17] Sergi Ramos-Calderer, Emanuele Bellini, José I Latorre, Marc Manzano și Victor Mateu. Căutare cuantică pentru preimagini ale funcției hash scalate. Quantum Information Processing, DOI: 10.1007/​s11128-021-03118-9.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-021-03118-9

[18] Daniel J Bernstein. Chacha, o variantă de salsa20. Fișa atelierului SASC.
https://​/​cr.yp.to/​chacha/​chacha-20080120.pdf

[19] Sergi Ramos-Calderer. https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​exemple /​hash-grover.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​hash-grover

[20] Peter W Shor. Algoritmi în timp polinomial pentru factorizarea prime și logaritmi discreti pe un computer cuantic. Revizuire SIAM, DOI: 10.1137/​S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[21] Vivien M Kendon și William J Munro. Entanglement și rolul său în algoritmul lui Shor. arXiv:quant-ph/​0412140.
arXiv: Quant-ph / 0412140

[22] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor.
https://​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor

[23] Robert B Griffiths și Chi-Sheng Niu. Transformată Fourier semiclasică pentru calcul cuantic. Physical Review Letters, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.76.3228.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.76.3228

[24] S Parker și MB Plenio. Simulări de încurcare ale algoritmului lui Shor. Journal of Modern Optics, DOI: 10.1080/​09500340110107207.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340110107207

[25] Stephane Beauregard. Circuit pentru algoritmul lui Shor folosind $2n+3$ qubiți. arXiv:quant-ph/​0205095.
arXiv: Quant-ph / 0205095

[26] Samuel L Braunstein. Geometria inferenței cuantice. Fizica Literele A, DOI: 10.1016/​0375-9601(96)00365-9.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(96)00365-9

[27] Hans-Jürgen Sommers și Karol Życzkowski. Proprietățile statistice ale matricelor de densitate aleatoare. Journal of Physics A: Mathematical and General, DOI: 10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004

[28] Ion Nechita. Asimptotice ale matricelor de densitate aleatoare. Annales Henri Poincaré, DOI: 10.1007/​s00023-007-0345-5.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00023-007-0345-5

[29] Satya N Majumdar. Valorile proprii extreme ale matricelor Wishart: aplicație la sistemul bipartit încurcat. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37

[30] Adina Roxana Feier. Metode de demonstrare în teoria matricelor aleatoare. https://​/​www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf.
https://​/​www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf

[31] Giacomo Livan, Marcel Novaes și Pierpaolo Vivo. Introducere în teoria și practica matricelor aleatoare. Springer Cham, DOI: 10.1007/​978-3-319-70885-0.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-70885-0

[32] ZD Bai. Metodologii în analiza spectrală a matricelor aleatoare dimensionale mari, o revizuire. Avansuri în Statistică, DOI: 10.1142/​9789812793096_0015.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812793096_0015

[33] Uffe Haagerup și Steen Thorbjørnsen. Matrici aleatoare cu intrări Gaussiene complexe. Expositiones Mathematicae, DOI: 10.1016/​S0723-0869(03)80036-1.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0723-0869(03)80036-1

[34] Marc Potters și Jean-Philippe Bouchaud. Un prim curs de teoria matricei aleatoare: pentru fizicieni, ingineri și cercetători. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​9781108768900.
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781108768900

[35] Vladimir A Marčenko și Leonid Andreevici Pastur. Distribuția valorilor proprii pentru unele seturi de matrice aleatoare. Matematica URSS-Sbornik, DOI: 10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994.
https:/​/​doi.org/​10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994

[36] John Wishart. Distribuția generalizată a momentului produsului în eșantioane dintr-o populație multivariată normală. Biometrika, DOI: 10.1093/​biomet/​20A.1-2.32.
https://​/​doi.org/​10.1093/​biomet/​20A.1-2.32

[37] Greg W Anderson, Alice Guionnet și Ofer Zeitouni. O introducere în matrice aleatoare. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511801334.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511801334

[38] Carl D Meyer. Analiza matriceală și algebră liniară aplicată. SIAM, DOI: 10.1137/​1.9781611977448.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611977448

[39] GR Belitskii , Yurii I. Lyubich. Normele matriceale și aplicațiile acestora. Birkhäuser, DOI: 10.1007/​978-3-0348-7400-7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-0348-7400-7

[40] Jean-Phillipe Bouchaud și Marc Potters. Aplicații financiare ale teoriei matricei aleatoare: o scurtă recenzie. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40

[41] Craig A Tracy și Harold Widom. Pe ansambluri de matrice ortogonale și simplectice. Communications in Mathematical Physics, DOI: 10.1007/​BF02099545.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02099545

[42] Craig A Tracy și Harold Widom. Funcții de distribuție pentru cele mai mari valori proprii și aplicațiile acestora. arXiv:math-ph/​0210034.
arXiv:math-ph/0210034

[43] Iain M Johnstone. Despre distribuția celei mai mari valori proprii în analiza componentelor principale. Analele statisticii, DOI: 10.1214/​aos/​1009210544.
https: / / doi.org/ 10.1214 / AOS / 1009210544

[44] Marco Chiani. Distribuția celei mai mari valori proprii pentru matrice aleatoare Wishart și Gaussian reale și o aproximare simplă pentru distribuția Tracy-Widom. Journal of Multivariate Analysis, DOI: 10.1016/​j.jmva.2014.04.002.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jmva.2014.04.002

[45] Jinho Baik, Gérard Ben Arous și Sandrine Péché. Tranziția de fază a celei mai mari valori proprii pentru matrice de covarianță a probelor complexe non-nule. Analele probabilității, DOI: 10.1214/​009117905000000233.
https: / / doi.org/ 10.1214 / 009117905000000233

[46] Vinayak și Marko Žnidarič. Dinamica subsistemului în evoluție aleatorie hamiltoniană. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, DOI: 10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204

[47] Vinayak și Akhilesh Pandey. Ansambluri Wishart corelate și serii cronologice haotice. Physical Review E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.81.036202.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.81.036202

[48] Vinayak. Densitatea spectrală a ansamblurilor Wishart corelate noncentrale. Physical Review E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.90.042144.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.042144

[49] Don N Page. Entropia medie a unui subsistem. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.71.1291.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1291

[50] Siddhartha Sen. Entropia medie a unui subsistem cuantic. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.77.1.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.1

[51] Rajarshi Pal și Arul Lakshminarayan. Sondarea aleatoriei stărilor ergodice: statistici cu valori extreme în fazele ergodice și localizate pe mai multe corpuri. arXiv:2002.00682 [cond-mat.dis-nn].
arXiv: 2002.00682

[52] Karol Zyczkowski și Hans-Jürgen Sommers. Măsuri induse în spațiul stărilor cuantice mixte. Journal of Physics A: Mathematical and General, DOI: 10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335

[53] Patrick Hayden, Debbie W Leung și Andreas Winter. Aspecte ale încurcăturii generice. Comunicări în fizica matematică, DOI: 10.1007/​s00220-006-1535-6.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1535-6

[54] Wolfram Helwig și Wei Cui. State absolut maxim încurcate: existență și aplicații. arXiv:1306.2536 [quant-ph].
arXiv: 1306.2536

[55] Dardo Goyeneche, Daniel Alsina, José I Latorre, Arnau Riera și Karol Życzkowski. Stări absolut maximal încurcate, desene combinatorii și matrici multiunitare. Revista fizică A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.92.032316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032316

[56] F. Huber şi N. Wyderka. Tabelul statelor AME. https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html.
https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html

[57] José I Latorre și Germán Sierra. Calcul cuantic al funcțiilor numărului prim. arXiv:1302.6245 [quant-ph].
arXiv: 1302.6245

[58] José I Latorre și Germán Sierra. Există încurcare în numerele prime. arXiv:1403.4765 [quant-ph].
arXiv: 1403.4765

[59] Diego Garcia-Martin, Eduard Ribas, Stefano Carrazza, José I Latorre și Germán Sierra. Statul Prim și rudele sale cuantice. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2020-12-11-371.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-11-371

[60] Murray Rosenblatt. O teoremă limită centrală și o condiție puternică de amestecare. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, DOI: 10.1073/​pnas.42.1.43.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.42.1.43

[61] Hui Li și F Duncan M Haldane. Spectrul de încrucișare ca generalizare a entropiei de încrucișare: Identificarea ordinii topologice în stările cu efect hall cuantic fracționat non-abelian. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.101.010504.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.010504

[62] J Ignacio Cirac, Didier Poilblanc, Norbert Schuch și Frank Verstraete. Spectrul de încrucișare și teorii ale limitelor cu stări proiectate de perechi încurcate. Revista fizică B, DOI: 10.1103/​PhysRevB.83.245134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.83.245134

[63] Sudipto Singha Roy, Silvia N Santalla, Javier Rodríguez-Laguna și Germán Sierra. Corespondența bulk-edge în faza Haldane a spinului biliniar-biquadratic-$1$ Hamiltonian. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, DOI: 10.1088/​1742-5468/​abf7b4.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​abf7b4

[64] Vincenzo Alba. Decalaj, colțuri și ruperea simetriei. arXiv:2010.00787 [cond-mat.stat-mech].
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.10.3.056
arXiv: 2010.00787

[65] Pasquale Calabrese și Alexandre Lefevre. Spectrul de încurcare în sisteme unidimensionale. Revista fizică A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.78.032329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.032329

[66] Andreas M Läuchli, Emil J Bergholtz, Juha Suorsa și Masudul Haque. Dezlegarea spectrelor de încâlcire ale stărilor cuantice fracționale ale halei pe geometriile torilor. Scrisori de revizuire fizică, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.104.156404.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.156404

[67] Michael A Nielsen și Isaac Chuang. Calcul cuantic și informația cuantică. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511976667.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[68] Frank Nielsen și Richard Nock. Pe Tényi și Tsallis entropiile și divergențele pentru familii exponențiale. arXiv:1105.3259 [cs.IT].
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​3/​032003
arXiv: 1105.3259

Citat de

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2024-03-14 11:58:50: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2024-03-14-1282 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent. Pe ADS SAO / NASA nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2024-03-14 11:58:51).

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic