Генеративный анализ данных

Квантовый

Подготовка квантового состояния посредством инженерного сброса вспомогательных функций

Переиздано Платоном
Переиздано Платоном

Дата:

Вид: 0

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 2024-03-27 12:52:41). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.

Не удалось получить Перекрестная ссылка на данные во время последней попытки 2024-03-27 12:52:40: Не удалось получить цитируемые данные для 10.22331 / q-2024-03-27-1299 от Crossref. Это нормально, если DOI был зарегистрирован недавно.

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.

Spot_img

Последняя разведка

Spot_img

Авторские права @ 2024 Plato Technologies Inc.