Priprava kvantnega stanja z inženirsko ponastavitvijo ancile

Priprava kvantnega stanja z inženirsko ponastavitvijo ancile

Časovni žig: 27. marec 2024 8
Priprava kvantnega stanja prek inženirske ponastavitve podatkov PlatoBlockchain Data Intelligence. Navpično iskanje. Ai.

Daniel Alcalde Puente1,2, Felix Motzoi1, Tommaso Calarco1,2,3, Giovanna Morigi4in Matteo Rizzi1,2

1Forschungszentrum Jülich, Inštitut za kvantni nadzor, Peter Grünberg Institut (PGI-8), 52425 Jülich, Nemčija
2Inštitut za teoretično fiziko, Univerza v Kölnu, 50937 Köln, Nemčija
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, Italija
4Teoretična fizika, Oddelek za fiziko, Univerza Saarland, 66123 Saarbrücken, Nemčija

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

V tej teoretični preiskavi preučujemo učinkovitost protokola, ki vključuje periodično kvantno ponastavitev za pripravo osnovnih stanj starševskih hamiltonianov brez frustracij. Ta protokol uporablja usmerjevalni Hamiltonian, ki omogoča lokalno povezovanje med sistemom in pomožnimi prostostnimi stopnjami. V rednih intervalih se pomožni sistem ponastavi na začetno stanje. Za neskončno kratke ponastavitvene čase je mogoče dinamiko približati z Lindbladianom, katerega stabilno stanje je ciljno stanje. Pri končnih časih ponastavitve pa se vrtilna veriga in ancilla zapleteta med ponastavitvenimi operacijami. Za ovrednotenje protokola uporabljamo simulacije stanja matričnega izdelka in tehnike kvantne trajektorije, pri čemer se osredotočamo na pripravo stanja spin-1 Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki. Naša analiza upošteva čas konvergence, zvestobo in razvoj energije v različnih intervalih ponastavitve. Naši numerični rezultati kažejo, da je zapletanje ancilla sistema bistveno za hitrejšo konvergenco. Zlasti obstaja optimalen čas ponastavitve, pri katerem protokol najbolje deluje. Z uporabo preprostega približka nudimo vpogled v to, kako optimalno izbrati operaterje preslikave, uporabljene v sistemu med postopkom ponastavitve. Poleg tega protokol kaže izjemno odpornost na majhna odstopanja v času ponastavitve in hrup defaziranja. Naša študija kaže, da lahko stroboskopski zemljevidi, ki uporabljajo kvantno ponastavitev, nudijo prednosti pred alternativnimi metodami, kot so inženiring kvantnih rezervoarjev in protokoli za kvantno krmiljenje stanja, ki temeljijo na Markovijevi dinamiki.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] John Preskill. "Kvantno računalništvo v dobi NISQ in pozneje". Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[2] Jens Eisert. "Prepletanje moči in kompleksnosti kvantnega vezja". 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 in Daniel A. Lidar. "Adiabatno kvantno računanje". Rev. Mod. Phys. 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 idr. "Uresničitev s simetrijo zaščitene haldanove faze v fermi-hubbardovih lestvah". 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 in J. Ignacio Cirac. “Učinkovita adiabatna priprava stanj tenzorske mreže”. Physical Review Research 5 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevresearch.5.l022037

[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac in MM Wolf. "Zaporedna generacija zapletenih večkubitnih stanj". Phys. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[7] Felix Motzoi, Michael P. Kaicher in Frank K. Wilhelm. “Linearne in logaritemske časovne kompozicije kvantnih mnogotelesnih operatorjev”. Pisma fizičnega pregleda 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 in P. Zoller. "Kvantni rezervoarski inženiring z lasersko hlajenimi ujetimi ioni". Phys. Rev. Lett. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728

[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali in Luiz Davidovich. "Generacija sevanja Einstein-Podolsky-Rosen-entangled skozi atomski rezervoar". Phys. Rev. Lett. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401

[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler in P. Zoller. “Kvantna stanja in faze v gnanih odprtih kvantnih sistemih s hladnimi atomi”. Nature Physics 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073

[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf in J. Ignacio Cirac. "Kvantno računanje in inženiring kvantnega stanja, ki ga poganja disipacija". Nature Physics 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[12] SG Schirmer in Xiaoting Wang. "Stabilizacija odprtih kvantnih sistemov z markovskim inženiringom rezervoarjev". 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 in David J. Wineland. "Disipativni kvantni nadzor spinske verige". Phys. Rev. Lett. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502

[14] Leo Zhou, Soonwon Choi in Mikhail D Lukin. "Simetrično zaščitena disipativna priprava stanj matričnega produkta". 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 in Sophie Schirmer. "Vzvratno delovanje, robustno, stabilno prepletanje kubitov na dolge razdalje prek kanalov z izgubo". 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 in SM Girvin. “Deterministična konstantna globinska priprava aklt stanja na kvantnem procesorju z uporabo fuzijske meritve”. PRX Quantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315

[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath in Ruben Verresen. »Prepletanje dolgega dosega zaradi merjenja topoloških faz, zaščitenih s simetrijo« (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 idr. "Kvantna povratna informacija v realnem času pripravi in ​​stabilizira stanja števila fotonov". Narava 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 in Irfan Siddiqi. "Stabilizacija rabijevih nihanj v superprevodnem kubitu z uporabo kvantne povratne informacije". Narava 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 in L DiCarlo. "Deterministično prepletanje superprevodnih kubitov z merjenjem paritete in povratnimi informacijami". Nature 502, 350–354 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1038/​nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513

[21] Hideo Mabuchi. "Kontinuirana kvantna korekcija napak kot klasični hibridni nadzor". 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. Pavličin in Hideo Mabuchi. "Oblikovanje kvantnih spominov z vgrajenim nadzorom: fotonska vezja za avtonomno kvantno odpravljanje napak". 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 in K Birgitta Whaley. "Deterministična generacija oddaljenega zapletanja z aktivno kvantno povratno informacijo". 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. "Zatiranje kvantnih napak s skaliranjem logičnega kubita površinske kode". Narava 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 in Vittorio Giovannetti. "Posredovana homogenizacija". Phys. Rev. A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307

[26] Daniel Burgarth in Vittorio Giovannetti. "Popoln nadzor z lokalno povzročeno sprostitvijo". Phys. Rev. Lett. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501

[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch in Erez Berg. “Programabilna adiabatna demagnetizacija za sisteme s trivialnimi in topološkimi vzbujanji” (2022). url: https://​/​arxiv.org/​abs/​2210.17256.
arXiv: 2210.17256

[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi in Yuval Gefen. »Z meritvami povzročeno krmiljenje kvantnih sistemov«. 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 in Martin Nilsson. "Vzporedno kvantno računanje in kvantne kode". SIAM journal on computing 31, 799–815 (2001). url: https://​/​doi.org/​10.1137/​s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053

[30] Rodney Van Meter in Kohei M Itoh. "Hitro kvantno modularno potenciranje". 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 in Himanshu Thapliyal. "Logaritemski globinski kvantni seštevalnik s prenosom in pogledom naprej po modulu (2n – 1)". V zborniku simpozija Velikih jezer o VLSI 2023. Strani 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205

[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang in Howard M Wiseman. »Koherentna povratna informacija, ki premaga vse povratne protokole, ki temeljijo na meritvah«. New Journal of Physics 16, 073036 (2014).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​16/​7/​073036

[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga in Martin B Plenio. “Zapletenost in nemarkovskost kvantnih evolucij”. Fizična pregledna pisma 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 in Frank Pollmann. "Enodimenzionalna simetrija zaščitene topološke faze in njihovi prehodi". 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 in Ari M Turner. “Odkrivanje s simetrijo zaščitenih topoloških faz v eni dimenziji”. Fizični pregled 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 in Akimasa Miyake. "Kvantni računalnik na podlagi meritev v osnovnem stanju dvotelesnega hamiltoniana z vrzeljo". Physical Review Letters 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 in P. Meystre. "Teorija mikroskopskega maserja". Phys. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077

[38] John J. Slosser in Pierre Meystre. “Tangensna in kotangensna stanja elektromagnetnega polja”. Phys. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867

[39] Hans-Jürgen Briegel in Berthold-Georg Englert. "Makroskopska dinamika maserja z nepoissonsko statistiko vbrizga". Phys. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361

[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer in Hans Maassen. "Priprava kvantnega stanja prek asimptotične popolnosti". Phys. Rev. Lett. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361

[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali in Giovanna Morigi. "Inženiring atomskih kvantnih rezervoarjev za fotone". Phys. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802

[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivančenko, S Denisov in P Hänggi. “Asimptotična floquetova stanja odprtih kvantnih sistemov: vloga interakcije”. New Journal of Physics 19, 083011 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aa7ceb

[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein in H. Walther. "Stanja lovljenja v mikromaserju". Phys. Rev. Lett. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795

[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger in H. Walther. “Priprava čistih fotonskih stanj sevalnega polja”. Narava 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526

[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein in P. Zoller. "Lasersko hlajenje v osnovnem stanju nad mejo lamb dicke". Europhysics Letters 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i1997-00306-3

[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger in P. Zoller. "Lasersko hlajenje ujetih atomov v osnovno stanje: temno stanje v prostoru položaja". Phys. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909

[47] Jean Dalibard, Yvan Castin in Klaus Mølmer. "Pristop valovne funkcije k disipativnim procesom v kvantni optiki". Phys. Rev. Lett. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580

[48] R. Dum, P. Zoller in H. Ritsch. “Monte carlo simulacija atomske glavne enačbe za spontano emisijo”. Phys. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879

[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür in JI Cirac. "Ločljiva stanja se lahko uporabijo za porazdelitev prepletenosti". Phys. Rev. Lett. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902

[50] Édgar Roldán in Shamik Gupta. "Formalizem integrala poti za stohastično ponastavitev: Natančno rešeni primeri in bližnjice do omejitve". Phys. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130

[51] B. Mukherjee, K. Sengupta in Satya N. Majumdar. "Kvantna dinamika s stohastično ponastavitvijo". Phys. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309

[52] R. Yin in E. Barkai. »Ponovni zagon pospeši čas doseganja kvantne hoje«. Phys. 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 in Frank Verstraete. “Časovno odvisno variacijsko načelo za kvantne mreže”. Pisma fizičnega pregleda 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. "Kvantne trajektorije in odprti kvantni sistemi več teles". Napredek v fiziki 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502

[55] Superračunalniški center Jülich. “Jureca: Podatkovno osredotočeni in pospeševalni moduli, ki izvajajo modularno superračunalniško arhitekturo v superračunalniškem centru jülich”. Časopis obsežnih raziskovalnih objektov 7, A182 (2021).
https://​/​doi.org/​10.17815/​jlsrf-7-182

[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg in Tzu-Chieh Wei. “Spektalne vrzeli affleck-kennedy-lieb-tasakijevih hamiltonianov z uporabo metod tenzorske mreže”. Physical Review B 88, 245118 (2013). url: https://​/​doi.org/​10.1103/​physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118

Navedel

[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov in Reinhold Egger, "Inženiring nevodljivih kvantnih stanj z aktivno povratno informacijo", Fizični pregled raziskav 6 1, 013244 (2024).

[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow in Eli Barkai, »Ponovni zagon razmerja negotovosti za spremljano kvantno dinamiko«, arXiv: 2401.01307, (2024).

[3] Anish Acharya in Shamik Gupta, »Tight-binding model subject to conditional reset at random times«, Fizični pregled E 108 6, 064125 (2023).

[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu in Giovanna Morigi, »Vzpon in padec zapletenosti med dvema kubitoma v nemarkovski kopeli«, Fizični pregled A 108 3, 032205 (2023).

[5] Lucas Marti, Refik Mansuroglu in Michael J. Hartmann, "Učinkovit algoritem kvantnega hlajenja za fermionske sisteme", arXiv: 2403.14506, (2024).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2024-03-28 00:54:20). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2024-03-28 00:54:18).

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal