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जाली गेज सिद्धांतों के लिए यादृच्छिक माप प्रोटोकॉल

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जैकब ब्रिंगेवाट1,2, जोनाथन कुंजुमेन1,2, और निकलास मुलर3

1क्वांटम सूचना और कंप्यूटर विज्ञान के लिए संयुक्त केंद्र, एनआईएसटी / मैरीलैंड विश्वविद्यालय, कॉलेज पार्क, मैरीलैंड 20742, यूएसए
2संयुक्त क्वांटम संस्थान/एनआईएसटी, मैरीलैंड विश्वविद्यालय, कॉलेज पार्क, मैरीलैंड 20742, यूएसए
3क्वांटम सिमुलेशन के लिए इनक्यूबेटर (IQuS), भौतिकी विभाग, वाशिंगटन विश्वविद्यालय, सिएटल, WA 98195, यूएसए।

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सार

शास्त्रीय छाया, उलझाव टोमोग्राफी और यादृच्छिक बेंचमार्किंग सहित यादृच्छिक माप प्रोटोकॉल, अवलोकन योग्य अनुमान लगाने, राज्य टोमोग्राफी करने, या क्वांटम राज्यों के उलझाव गुणों को निकालने के लिए शक्तिशाली तकनीक हैं। जबकि क्वांटम अवस्थाओं की जटिल संरचना को सुलझाना आम तौर पर कठिन और संसाधन-गहन है, प्रकृति में क्वांटम सिस्टम अक्सर समरूपता द्वारा कसकर बाधित होते हैं। हमारे द्वारा प्रस्तावित समरूपता-सचेत यादृच्छिक माप योजनाओं द्वारा इसका लाभ उठाया जा सकता है, जिससे माप लागत को कम करने, प्रयोगों में समरूपता-आधारित त्रुटि शमन को सक्षम करने, (जाली) गेज सिद्धांत उलझाव संरचना के विभेदित माप की अनुमति देने जैसे समरूपता-अंधा यादृच्छिककरण पर स्पष्ट लाभ मिलते हैं। और, संभावित रूप से, मौजूदा और निकट अवधि के प्रयोगों में स्थलाकृतिक रूप से आदेशित राज्यों का सत्यापन। महत्वपूर्ण रूप से, समरूपता-अंधा यादृच्छिक माप प्रोटोकॉल के विपरीत, इन बाद वाले कार्यों को घनत्व मैट्रिक्स के पूर्ण पुनर्निर्माण के माध्यम से समरूपता को पुनः सीखे बिना किया जा सकता है।

विशेष रुप से प्रदर्शित छवि: हमारे समरूपता-सचेत यादृच्छिक माप प्रोटोकॉल का एक योजनाबद्ध चित्रण, जो समरूपता-अंधा दृष्टिकोण की तुलना में राज्यों की समरूपता संरचना को संरक्षित करता है।

लोकप्रिय सारांश

एक क्वांटम स्थिति घातीय जानकारी को एन्कोड कर सकती है। इस जानकारी की केवल एक छोटी सी मात्रा ही आम तौर पर एक माप से सामने आती है। यादृच्छिक माप प्रोटोकॉल इस सीमा को पार करने के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करते हैं, जो अपेक्षाकृत कम माप की आवश्यकता होने पर कई मात्रा में रुचि तक पहुंच की अनुमति देता है। इस कार्य में, हम इंजीनियर और प्राकृतिक क्वांटम प्रणालियों में सर्वव्यापी स्थिति, समरूपता की उपस्थिति का उपयोग करके यादृच्छिक माप टूलबॉक्स को बढ़ाने का सुझाव देते हैं। हमारा समरूपता-सचेत दृष्टिकोण पूर्ण टोमोग्राफी की आवश्यकता के बिना क्वांटम कई शरीर प्रणालियों की उलझी हुई संरचना को निकालने के लिए एक सीधी विधि उत्पन्न करता है। एक प्रमुख अनुप्रयोग सिंथेटिक क्वांटम सामग्रियों में टोपोलॉजिकल रूप से आदेशित चरणों का अध्ययन और सत्यापन है, जो दोष-सहिष्णु क्वांटम सूचना प्रसंस्करण को सक्षम करने की दिशा में एक कदम है, या क्वांटम सिमुलेशन प्रयोगों में गेज सिद्धांतों की उलझाव संरचना का माप है।

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