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双单位电路动力学中的新兴量子态设计和二单位性

彼得·W·克莱斯1,2奥斯汀·拉马克拉夫特2

1马克斯·普朗克复杂系统物理研究所,01187 德累斯顿,德国
2剑桥大学卡文迪什实验室中医组,剑桥 CB3 0HE,英国

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抽象

最近的工作研究了量子淬灭后酉动力学中一种新型随机矩阵行为的出现。从时间演化状态开始,可以通过对系统的其余部分执行投影测量来生成小型子系统支持的纯状态集合,从而生成 $textit{投影集合}$。在混沌量子系统中,人们推测这种投影系综与均匀哈尔随机系综无法区分,并导致$textit{量子态设计}$。 Ho 和 Choi 最近提出了确切的结果 [Phys.莱特牧师。 128, 060601 (2022)]用于自对偶点处的踢伊辛模型。我们提供了一种替代结构,可以扩展到具有可解初始状态和测量的一般混沌双酉电路,突出了潜在对偶酉性的作用,并进一步展示了双酉电路模型如何表现出精确的可解性和随机矩阵行为。基于二元连接的结果,我们展示了复杂的哈达玛矩阵和酉误差基如何导致可解的测量方案。

最近的量子霸权演示是基于准备随机量子态。在这些实验中,通过使用普通(伪)随机数生成器选择实验参数来引入随机性。最近,有人提出了一种替代方法:通过测量大型量子系统的一部分,量子测量过程本身固有的不确定性可用于在系统未观察到的部分中生成随机量子态。

为了使这种方法发挥作用,国家的两个子系统之间必须有高度的纠缠。另一方面,可行的实验实现必须是局部的:例如,通过对相邻量子位的操作形成。在本文中,我们展示了最近推出的由双酉门制成的量子电路系列,精确地提供了通过部分测量方法构建任意随机量子态的必要成分。除了量子计算机基准测试的潜在应用之外,我们的结果还提供了扩展系统波函数的量子混沌特性的详细视图。

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