Подготовка квантового состояния посредством инженерного сброса вспомогательных функций

Подготовка квантового состояния посредством инженерного сброса вспомогательных функций

Отметка времени: 27 марта 2024 г., 8:51
Подготовка квантового состояния с помощью инженерного помощника, сбрасывающего данные PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Даниэль Алькальде Пуэнте1,2, Феликс Моцой1, Томмазо Каларко1,2,3, Джованна Мориджи4и Маттео Рицци1,2

1Forschungszentrum Jülich, Институт квантового контроля, Институт Петера Грюнберга (PGI-8), 52425 Юлих, Германия
2Институт теоретической физики Кёльнского университета, 50937 Кёльн, Германия
3Отделение физики и астрономии, Университет Болоньи, 40127 Болонья, Италия
4Теоретическая физика, факультет физики, Саарский университет, 66123 Саарбрюккен, Германия

Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.

Абстрактные

В этом теоретическом исследовании мы изучаем эффективность протокола, включающего периодическую квантовую перезагрузку для подготовки основных состояний родительских гамильтонианов без фрустрации. Этот протокол использует управляющий гамильтониан, который обеспечивает локальную связь между системой и вспомогательными степенями свободы. Через определенные промежутки времени вспомогательная система возвращается в исходное состояние. Для бесконечно малых времен сброса динамика может быть аппроксимирована Линдбладианом, устойчивое состояние которого является целевым состоянием. Однако при конечном времени сброса спиновая цепочка и вспомогательная система запутываются между операциями сброса. Для оценки протокола мы используем моделирование состояния матричного продукта и методы квантовой траектории, уделяя особое внимание подготовке состояния Аффлека-Кеннеди-Либа-Тасаки со спином 1. Наш анализ учитывает время сходимости, точность воспроизведения и эволюцию энергии при различных интервалах сброса. Наши численные результаты показывают, что запутанность вспомогательной системы необходима для более быстрой сходимости. В частности, существует оптимальное время сброса, при котором протокол работает лучше всего. Используя простое приближение, мы даем представление о том, как оптимально выбрать операторы отображения, применяемые к системе во время процедуры сброса. Кроме того, протокол демонстрирует замечательную устойчивость к небольшим отклонениям во времени сброса и шуму дефазировки. Наше исследование показывает, что стробоскопические карты, использующие квантовый сброс, могут иметь преимущества перед альтернативными методами, такими как квантовая инженерия резервуаров и протоколы управления квантовым состоянием, которые основаны на марковской динамике.

► Данные BibTeX

► Рекомендации

[1] Джон Прескилл. «Квантовые вычисления в эпоху NISQ и позже». Квант 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Йенс Эйсерт. «Запутывающая сила и сложность квантовой схемы». Письма о физическом обзоре 127, 020501 (2021 г.). URL: https://doi.org/10.1103/physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501

[3] Тамим Альбаш и Дэниел А. Лидар. «Адиабатические квантовые вычисления». Преподобный Мод. физ. 90, 015002 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[4] Пимонпан Сомпет, Сара Хирте, Доминик Бургунд, Томас Чалопен, Джулиан Бибо, Йоаннис Кепселл, Петар Бойович, Рубен Верресен, Франк Поллманн, Гийом Саломон и др. «Реализация защищенной симметрией фазы Холдейна в лестницах Ферми – Хаббарда». Природа, страницы 1–5 (2022 г.). URL: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04688-z.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-022-04688-г

[5] Чжи-Юань Вэй, Дэниел Мальц и Дж. Игнасио Сирак. «Эффективное адиабатическое приготовление состояний тензорной сети». Физический обзор исследований 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] К. Шён, Э. Солано, Ф. Верстрате, Дж. И. Чирак и М. М. Вольф. «Последовательная генерация запутанных мультикубитных состояний». физ. Преподобный Летт. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Феликс Моцой, Майкл П. Кайчер и Фрэнк К. Вильгельм. «Линейная и логарифмическая временная композиция квантовых операторов многих тел». Письма о физической экспертизе 119, 160503 (2017). URL: https://doi.org/10.1103/physrevlett.119.160503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.119.160503

[8] Дж. Ф. Поятос, Дж. И. Сирак и П. Золлер. «Квантовая разработка резервуаров с использованием захваченных ионов, охлажденных лазером». Физ. Преподобный Летт. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Сюзанна Пиелава, Джованна Мориджи, Давид Витали и Луис Давидович. «Генерация запутанного излучения Эйнштейна-Подольского-Розена через атомный резервуар». Физ. Преподобный Летт. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] С. Диль, А. Микели, А. Кантиан, Б. Краус, Х. П. Бюхлер и П. Золлер. «Квантовые состояния и фазы в управляемых открытых квантовых системах с холодными атомами». Физика природы 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Фрэнк Верстрете, Майкл М. Вольф и Дж. Игнасио Сирак. «Квантовые вычисления и инженерия квантовых состояний, основанная на диссипации». Физика природы 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] С.Г. Ширмер и Сяотин Ван. «Стабилизация открытых квантовых систем с помощью марковской разработки месторождений». Физическое обозрение А 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306

[13] Джованна Мориги, Юрген Эшнер, Сесилия Кормик, Ихенг Лин, Дитрих Лейбфрид и Дэвид Дж. Вайнленд. «Диссипативный квантовый контроль спиновой цепочки». Физ. Преподобный Летт. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Лео Чжоу, Сунвон Чой и Михаил Лукин. «Диссипативная подготовка состояний матричных продуктов с защищенной симметрией». Физическое обозрение А 104, 032418 (2021). URL: https://doi.org/10.1103/physreva.104.032418.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.104.032418

[15] Феликс Моцой, Эли Гальперин, Сяотин Ван, К. Биргитта Уэйли и Софи Ширмер. «Управляемая обратным действием, надежная, устойчивая запутанность кубитов на больших расстояниях по каналам с потерями». Физическое обозрение А 94, 032313 (2016). URL: https://doi.org/10.1103/physreva.94.032313.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.94.032313

[16] Кевин С. Смит, Элеонора Крейн, Натан Вибе и С.М. Гирвин. «Детерминированная подготовка состояния aklt с постоянной глубиной на квантовом процессоре с использованием термоядерных измерений». PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Натанан Тантивасадакарн, Райан Торнгрен, Ашвин Вишванат и Рубен Верресен. «Запутывание на больших расстояниях при измерении топологических фаз, защищенных симметрией» (2021). URL: https://arxiv.org/abs/2112.01519.
Arxiv: 2112.01519

[18] Клеман Сайрин, Игорь Доценко, Синсин Чжоу, Бруно Подесерф, Тео Рыбарчик, Себастьен Глейз, Пьер Рушон, Мазьяр Миррахими, Хадис Амини, Мишель Брюн и др. «Квантовая обратная связь в реальном времени подготавливает и стабилизирует состояния числа фотонов». Природа 477, 73–77 (2011). URL: https://doi.org/10.1038/nature10376.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature10376

[19] Р. Виджей, Крис Маклин, Д. Х. Слихтер, С. Дж. Вебер, К. В. Марч, Рави Найк, Александр Н. Коротков и Ирфан Сиддики. «Стабилизация осцилляций Раби в сверхпроводящем кубите с помощью квантовой обратной связи». Природа 490, 77–80 (2012). URL: https://doi.org/10.1038/nature11505.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature11505

[20] Д. Ристе, М. Дукальски, К. А. Уотсон, Г. Де Ланге, М. Дж. Тиггельман, Я. М. Блантер, Конрад В. Ленерт, Р. Н. Схоутен и Л. ДиКарло. «Детерминированная запутанность сверхпроводящих кубитов путем измерения четности и обратной связи». Природа 502, 350–354 (2013). URL: https://doi.org/10.1038/nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Хидео Мабути. «Непрерывная квантовая коррекция ошибок как классическое гибридное управление». Новый журнал физики 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] Джозеф Керкхофф, Хендра И Нурдин, Дмитрий С. Павличин и Хидео Мабучи. «Проектирование квантовой памяти со встроенным управлением: фотонные схемы для автономной квантовой коррекции ошибок». Physical Review Letters 105, 040502 (2010). URL: https://doi.org/10.1103/physrevlett.105.040502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.040502

[23] Ли Мартин, Феликс Мотзой, Ханхан Ли, Мохан Саровар и К. Биргитта Уэйли. «Детерминированная генерация удаленной запутанности с активной квантовой обратной связью». Физическое обозрение А 92, 062321 (2015). URL: https://doi.org/10.1103/physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321

[24] Google Квантовый ИИ. «Подавление квантовых ошибок путем масштабирования логического кубита поверхностного кода». Природа 614, 676–681 (2023). URL: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05434-1

[25] Дэниел Бургарт и Витторио Джованнетти. «Опосредованная гомогенизация». Физ. Ред. А 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Дэниел Бургарт и Витторио Джованнетти. «Полный контроль за счет локально-индуцированной релаксации». Физ. Преподобный Летт. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Энн Мэттис, Марк Раднер, Ахим Рош и Эрез Берг. «Программируемое адиабатическое размагничивание систем с тривиальными и топологическими возбуждениями» (2022). URL: https://arxiv.org/abs/2210.17256.
Arxiv: 2210.17256

[28] Ститади Рой, Дж. Т. Чалкер, И. В. Горный и Юваль Гефен. «Управление квантовыми системами, вызванное измерениями». Физический обзор исследований 2, 033347 (2020). URL: https://doi.org/10.1103/physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physrevresearch.2.033347

[29] Кристофер Мур и Мартин Нильссон. «Параллельные квантовые вычисления и квантовые коды». Журнал SIAM по вычислительной технике 31, 799–815 (2001). URL: https://doi.org/10.1137/s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Родни Ван Метер и Кохей М. Ито. «Быстрое квантовое модульное возведение в степень». Физическое обозрение А 71, 052320 (2005). URL: https://doi.org/10.1103/physreva.71.052320.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.71.052320

[31] Бхаскар Гаур, Эдгард Муньос-Кореас и Химаншу Таплиял. «Квантовый сумматор логарифмической глубины с переносом и прогнозированием по модулю (2n – 1)». В материалах симпозиума Великих озер по СБИС 2023. Страницы 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205

[32] Курт Джейкобс, Сяотин Ван и Говард М. Уайзман. «Последовательная обратная связь, превосходящая все протоколы обратной связи, основанные на измерениях». Новый физический журнал 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Анхель Ривас, Сусана Ф. Уэльга и Мартин Б. Пленио. «Запутанность и немарковость квантовой эволюции». Письма о физической экспертизе 105, 050403 (2010). URL: https://doi.org/10.1103/physrevlett.105.050403.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.105.050403

[34] Рубен Верресен, Родерих Месснер и Франк Поллманн. «Одномерная симметрия защищает топологические фазы и их переходы». Физическое обозрение Б 96, 165124 (2017). URL: https://doi.org/10.1103/physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124

[35] Фрэнк Поллманн и Ари М. Тернер. «Обнаружение топологических фаз с защищенной симметрией в одном измерении». Физическое обозрение б 86, 125441 (2012). URL: https://doi.org/10.1103/physrevb.86.125441.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.86.125441

[36] Гэвин К. Бреннен и Акимаса Мияке. «Квантовый компьютер, основанный на измерениях, в основном состоянии двухчастичного гамильтониана с щелью». Письма о физической экспертизе 101, 010502 (2008). URL: https://doi.org/10.1103/physrevlett.101.010502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.101.010502

[37] П. Филипович, Й. Яванайнен и П. Мейстре. «Теория микроскопического мазера». Физ. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] Джон Дж. Слоссер и Пьер Мейстр. «Касательные и котангенсные состояния электромагнитного поля». Физ. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Ганс-Юрген Бригель и Бертольд-Георг Энглерт. «Макроскопическая динамика мазера с непуассоновской статистикой инжекции». Физ. Ред. А 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Томас Велленс, Андреас Бухляйтнер, Буркхард Кюммерер и Ханс Маассен. «Подготовка квантового состояния через асимптотическую полноту». Физ. Преподобный Летт. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Сюзанна Пиелава, Луис Давидович, Давид Витали и Джованна Мориджи. «Разработка атомных квантовых резервуаров для фотонов». Физ. Ред. А 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] М. Хартманн, Д. Полетти, М. Иванченко, С. Денисов и Ф. Хангги. «Асимптотические состояния Флоке открытых квантовых систем: роль взаимодействия». Новый физический журнал 19, 083011 (2017).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa7ceb

[43] М. Вайдингер, Б. Т. Варко, Р. Херляйн и Х. Вальтер. «Захват состояний в микромазере». Физ. Преподобный Летт. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] Б. Т. Варко, С. Браттке, М. Вайдингер и Х. Вальтер. «Подготовка чистых фотонных состояний поля излучения». Природа 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526

[45] Г. Мориджи, Дж. И. Сирак, М. Левенштейн и П. Золлер. «Лазерное охлаждение в основном состоянии за пределом Лэмпдика». Письма Еврофизики 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / EPL / i1997-00306-3

[46] Г. Мориги, Дж. И. Сирак, К. Эллингер и П. Золлер. «Лазерное охлаждение захваченных атомов до основного состояния: темное состояние в позиционном пространстве». Физ. Ред. А 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Жан Далибар, Иван Кастин и Клаус Мёлмер. «Волновой подход к диссипативным процессам в квантовой оптике». Физ. Преподобный Летт. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] Р. Дум, П. Золлер и Х. Ритч. «Моделирование методом Монте-Карло главного уравнения атома для спонтанного излучения». Физ. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] Т. С. Кубитт, Ф. Верстраете, В. Дюр и Дж. И. Сирак. «Отделимые состояния можно использовать для распределения запутанности». Физ. Преподобный Летт. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Эдгар Рольдан и Шамик Гупта. «Путь-интегральный формализм для стохастического сброса: точно решенные примеры и ярлыки для ограничения». Физ. Ред. Е 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] Б. Мукерджи, К. Сенгупта и Сатья Н. Маджумдар. «Квантовая динамика со стохастическим сбросом». Физ. Ред. Б 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] Р. Инь и Э. Баркай. «Перезапуск ускоряет время квантового блуждания». Физ. Преподобный Летт. 130, 050802 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.050802

[53] Юто Хегеман, Дж. Игнасио Сирак, Тобиас Дж. Осборн, Изток Пижорн, Анри Вершельде и Фрэнк Верстраете. «Нестационарный вариационный принцип для квантовых решеток». Письма о физической экспертизе 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] Эндрю Дж. Дейли. «Квантовые траектории и открытые квантовые системы многих тел». Успехи физики 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502

[55] Юлихский суперкомпьютерный центр. «Юрека: Модули, ориентированные на обработку данных, и дополнительные модули, реализующие модульную суперкомпьютерную архитектуру в суперкомпьютерном центре Юлиха». Журнал крупномасштабных научных исследований 7, А182 (2021).
https://doi.org/10.17815/jlsrf-7-182

[56] Артур Гарсиа-Саес, Валентин Мург и Цзы-Чье Вэй. «Спектральные разрывы гамильтонианов Аффлека-Кеннеди-Либа-Тасаки с использованием методов тензорных сетей». Физическое обозрение Б 88, 245118 (2013). URL: https://doi.org/10.1103/physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Цитируется

[1] Сэмюэл Моралес, Юваль Гефен, Игорь Горный, Алекс Зазунов и Райнхольд Эггер, «Разработка неуправляемых квантовых состояний с активной обратной связью», Physical Review Research 6, 1 (013244).

[2] Жоюй Инь, Цинъюань Ван, Сабина Торнов и Эли Баркай, «Перезапуск соотношения неопределенности для контролируемой квантовой динамики», Arxiv: 2401.01307, (2024).

[3] Аниш Ачарья и Шамик Гупта, «Модель с жесткой привязкой, допускающая условный сброс в случайное время», Физический обзор E 108 6, 064125 (2023).

[4] Саян Рой, Кристиан Отто, Рафаэль Меню и Джованна Мориджи, «Взлет и падение запутанности между двумя кубитами в немарковской ванне», Физический обзор A 108 3, 032205 (2023).

[5] Лукас Марти, Рефик Мансуроглу и Майкл Дж. Хартманн, «Эффективный алгоритм квантового охлаждения для фермионных систем», Arxiv: 2403.14506, (2024).

Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2024-03-28 00:54:20). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.

On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2024-03-28 00:54:18).

Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.

Отметка времени:

Больше от Квантовый журнал