1Forschungszentrum Jülich, Kuantum Kontrol Enstitüsü, Peter Grünberg Enstitüsü (PGI-8), 52425 Jülich, Almanya
2Teorik Fizik Enstitüsü, Köln Üniversitesi, 50937 Köln, Almanya
3Dipartimento di Fisica e Astronomia, Universitá di Bologna, 40127 Bologna, İtalya
4Teorik Fizik, Fizik Bölümü, Saarland Üniversitesi, 66123 Saarbrücken, Almanya
Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.
Özet
Bu teorik araştırmada, engellenmeyen ebeveyn Hamiltonianların temel durumlarını hazırlamak için periyodik kuantum sıfırlamayı içeren bir protokolün etkinliğini inceliyoruz. Bu protokol, sistem ile yardımcı serbestlik dereceleri arasında yerel bağlantıya olanak tanıyan bir yönlendirme Hamiltoniyeni kullanır. Periyodik aralıklarla yardımcı sistem başlangıç durumuna sıfırlanır. Son derece kısa sıfırlama süreleri için dinamikler, kararlı durumu hedef durum olan bir Lindbladian tarafından tahmin edilebilir. Ancak sonlu sıfırlama süreleri için, eğirme zinciri ve yardımcı parça, sıfırlama işlemleri arasında dolaşır. Protokolü değerlendirmek için, spin-1 Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki durumunun hazırlanmasına odaklanan Matris Ürün Durumu simülasyonlarını ve kuantum yörünge tekniklerini kullanıyoruz. Analizimiz farklı sıfırlama aralıkları altında yakınsama süresini, aslına uygunluğu ve enerji gelişimini dikkate alır. Sayısal sonuçlarımız, daha hızlı yakınsama için ancilla sistemi dolaşıklığının gerekli olduğunu göstermektedir. Özellikle protokolün en iyi performansı gösterdiği bir optimal sıfırlama süresi mevcuttur. Basit bir yaklaşım kullanarak, sıfırlama prosedürü sırasında sisteme uygulanan haritalama operatörlerinin en iyi şekilde nasıl seçileceğine dair bilgiler sağlıyoruz. Ayrıca protokol, sıfırlama süresindeki küçük sapmalara ve gürültünün azaltılmasına karşı olağanüstü bir dayanıklılık gösterir. Çalışmamız, kuantum sıfırlama kullanan stroboskopik haritaların, Markov dinamiklerine dayanan kuantum rezervuar mühendisliği ve kuantum durum yönlendirme protokolleri gibi alternatif yöntemlere göre avantajlar sunabileceğini öne sürüyor.
► BibTeX verileri
► Referanslar
[1] John Preskill. "NISQ çağında ve ötesinde Kuantum Hesaplama". Kuantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79
[2] Jens Eisert. "Dolaşık güç ve kuantum devre karmaşıklığı". Fiziksel İnceleme Mektupları 127, 020501 (2021). URL: https:///doi.org/10.1103/physrevlett.127.020501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.127.020501
[3] Tameem Allash ve Daniel A. Lidar. Adyabatik kuantum hesaplaması. Mod. fizik 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 ve diğerleri. "Fermi-hubbard merdivenlerde simetri korumalı haldan fazının gerçekleştirilmesi". 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 ve J. Ignacio Cirac. "Tensör ağı durumlarının verimli adyabatik hazırlanması". Fiziksel İnceleme Araştırması 5 (2023).
https:///doi.org/10.1103/physrevresearch.5.l022037
[6] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, J. I. Cirac ve M. M. Wolf. "Dolaşık çoklu kübit durumlarının sıralı üretimi". Fizik. Rahip Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503
[7] Felix Motzoi, Michael P. Kaicher ve Frank K. Wilhelm. "Kuantum çoklu cisim operatörlerinin doğrusal ve logaritmik zaman bileşimleri". Fiziksel inceleme mektupları 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 ve P. Zoller. “Lazerle soğutulan tuzaklanmış iyonlarla kuantum rezervuar mühendisliği”. Fizik. Rahip Lett. 77, 4728–4731 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.4728
[9] Susanne Pielawa, Giovanna Morigi, David Vitali ve Luiz Davidovich. "Bir atom rezervuarı aracılığıyla Einstein-Podolsky-Rosen dolaşmış radyasyonun üretilmesi". Fizik. Rahip Lett. 98, 240401 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.240401
[10] S. Diehl, A. Micheli, A. Kantian, B. Kraus, HP Büchler ve P. Zoller. "Soğuk atomlu açık kuantum sistemlerinde kuantum durumları ve fazlar". Doğa Fiziği 4, 878–883 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1073
[11] Frank Verstraete, Michael M. Wolf ve J. Ignacio Cirac. "Kuantum hesaplama ve dağılımla yönlendirilen kuantum durum mühendisliği". Doğa Fiziği 5, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342
[12] SG Schirmer ve Xiaoting Wang. "Markovian rezervuar mühendisliği ile açık kuantum sistemlerinin stabilize edilmesi". Fiziksel İnceleme A 81, 062306 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.81.062306
[13] Giovanna Morigi, Jürgen Eschner, Cecilia Cormick, Yiheng Lin, Dietrich Leibfried ve David J. Wineland. "Bir spin zincirinin enerji tüketen kuantum kontrolü". Fizik. Rahip Lett. 115, 200502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.200502
[14] Leo Zhou, Soonwon Choi ve Mikhail D Lukin. "Matris ürün durumlarının simetri korumalı enerji tüketen hazırlanması". Fiziksel İnceleme 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 ve Sophie Schirmer. “Kayıplı kanallar üzerinde geri tepki odaklı, sağlam, kararlı durumlu uzun mesafeli kübit dolaşması”. Fiziksel İnceleme 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 ve SM Girvin. "Füzyon ölçümleri kullanılarak bir kuantum işlemci üzerinde aklt durumunun deterministik sabit derinlikte hazırlanması". PRX Kuantum 4 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.4.020315
[17] Nathanan Tantivasadakarn, Ryan Thorngren, Ashvin Vishwanath ve Ruben Verresen. “Simetri korumalı topolojik aşamaların ölçülmesinden kaynaklanan uzun menzilli dolaşıklık” (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 ve diğerleri. "Gerçek zamanlı kuantum geri bildirimi, foton sayısı durumlarını hazırlar ve stabilize eder". Doğa 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 ve İrfan Siddiqi. "Kuantum geri bildirimi kullanılarak süper iletken bir kübitte rabi salınımlarının dengelenmesi". Doğa 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 ve L DiCarlo. "Süper iletken kübitlerin eşlik ölçümü ve geri bildirim yoluyla deterministik dolaşıklığı". Doğa 502, 350–354 (2013). URL: https:///doi.org/10.1038/nature12513.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12513
[21] Hideo Mabuchi. "Klasik hibrit kontrol olarak sürekli kuantum hata düzeltmesi". Yeni Fizik Dergisi 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 Pavlichin ve Hideo Mabuchi. "Gömülü kontrolle kuantum anıların tasarlanması: Otonom kuantum hata düzeltmesi için fotonik devreler". Fiziksel İnceleme Mektupları 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 ve K Birgitta Whaley. "Aktif kuantum geribildirimi ile uzaktan dolaşıklığın deterministik üretimi". Fiziksel İnceleme A 92, 062321 (2015). URL: https:///doi.org/10.1103/physreva.92.062321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.062321
[24] Google Kuantum Yapay Zekası. “Yüzey kodu mantıksal kübitini ölçeklendirerek kuantum hatalarını bastırmak”. Doğa 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 ve Vittorio Giovannetti. “Aracılı homojenleştirme”. Fizik. Rev. A 76, 062307 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.062307
[26] Daniel Burgarth ve Vittorio Giovannetti. “Yerel olarak tetiklenen gevşeme ile tam kontrol”. Fizik. Rahip Lett. 99, 100501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.100501
[27] Anne Matthies, Mark Rudner, Achim Rosch ve Erez Berg. “Önemsiz ve topolojik uyarımlara sahip sistemler için programlanabilir adyabatik demanyetizasyon” (2022). URL: https:///arxiv.org/abs/2210.17256.
arXiv: 2210.17256
[28] Sthitadhi Roy, JT Chalker, IV Gornyi ve Yuval Gefen. "Kuantum sistemlerinin ölçüme dayalı yönlendirilmesi". Fiziksel İnceleme Araştırması 2, 033347 (2020). URL: https:///doi.org/10.1103/physrevresearch.2.033347.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033347
[29] Cristopher Moore ve Martin Nilsson. “Paralel kuantum hesaplama ve kuantum kodları”. Hesaplamaya ilişkin SIAM dergisi 31, 799–815 (2001). URL: https:///doi.org/10.1137/s0097539799355053.
https: / / doi.org/ 10.1137 / s0097539799355053
[30] Rodney Van Meter ve Kohei M Itoh. "Hızlı kuantum modüler üstelleştirme". Fiziksel İnceleme 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 ve Himanshu Thapliyal. "Bir logaritmik derinlik kuantum taşıma ileri yönlü modülo (2n - 1) toplayıcı". VLSI 2023 Büyük Göller Sempozyumu Bildirileri. Sayfa 125–130. (2023).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3583781.3590205
[32] Kurt Jacobs, Xiaoting Wang ve Howard M Wiseman. "Tüm ölçüm tabanlı geri bildirim protokollerini geride bırakan tutarlı geri bildirim". Yeni Fizik Dergisi 16, 073036 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/7/073036
[33] Ángel Rivas, Susana F Huelga ve Martin B Plenio. "Kuantum evrimlerinin dolaşıklığı ve işaretsizliği". Fiziksel inceleme mektupları 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 ve Frank Pollmann. “Tek boyutlu simetri korumalı topolojik fazlar ve bunların geçişleri”. Fiziksel İnceleme B 96, 165124 (2017). URL: https:///doi.org/10.1103/physrevb.96.165124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.96.165124
[35] Frank Pollmann ve Ari M Turner. "Tek boyutta simetri korumalı topolojik fazların tespiti". Fiziksel inceleme 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 ve Akimasa Miyake. "İki gövdeli Hamiltoniyenin boşluklu temel durumunda ölçüm tabanlı kuantum bilgisayar". Fiziksel inceleme mektupları 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 ve P. Meystre. "Mikroskobik maser teorisi". Fizik. Rev. A 34, 3077–3087 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.34.3077
[38] John J. Slosser ve Pierre Meystre. “Elektromanyetik alanın teğet ve kotanjant durumları”. Fizik. Rev. A 41, 3867–3874 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3867
[39] Hans-Jürgen Briegel ve Berthold-Georg Englert. "Poisson olmayan enjeksiyon istatistiklerine sahip bir maserin makroskobik dinamiği". Fizik. Rev. A 52, 2361–2375 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.52.2361
[40] Thomas Wellens, Andreas Buchleitner, Burkhard Kümmerer ve Hans Maassen. "Asimptotik tamlık yoluyla kuantum durum hazırlığı". Fizik. Rahip Lett. 85, 3361–3364 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.3361
[41] Susanne Pielawa, Luiz Davidovich, David Vitali ve Giovanna Morigi. "Fotonlar için atomik kuantum rezervuarlarının mühendisliği". Fizik. Rev. A 81, 043802 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.043802
[42] M Hartmann, D Poletti, M Ivanchenko, S Denisov ve P Hänggi. "Açık kuantum sistemlerinin asimptotik akış durumları: etkileşimin rolü". Yeni Fizik Dergisi 19, 083011 (2017).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aa7ceb
[43] M. Weidinger, BTH Varcoe, R. Heerlein ve H. Walther. "Mikromaserde yakalama durumları". Fizik. Rahip Lett. 82, 3795–3798 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.3795
[44] BTH Varcoe, S. Brattke, M. Weidinger ve H. Walther. "Radyasyon alanının saf foton sayısı durumlarının hazırlanması". Doğa 403, 743–746 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35001526
[45] G. Morigi, JI Cirac, M. Lewenstein ve P. Zoller. "Kuzu-dicke sınırının ötesinde temel durum lazer soğutması". Europhysics Mektupları 39, 13 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1209 / epl / i1997-00306-3
[46] G. Morigi, JI Cirac, K. Ellinger ve P. Zoller. "Sıkıştırılmış atomların temel duruma lazerle soğutulması: Konum uzayında karanlık bir durum". Fizik. Rev. A 57, 2909–2914 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.2909
[47] Jean Dalibard, Yvan Castin ve Klaus Mølmer. "Kuantum optiğinde enerji tüketen süreçlere dalga fonksiyonu yaklaşımı". Fizik. Rahip Lett. 68, 580–583 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.580
[48] R. Dum, P. Zoller ve H. Ritsch. "Kendiliğinden emisyon için atom ana denkleminin Monte carlo simülasyonu". Fizik. Rev. A 45, 4879–4887 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.4879
[49] TS Cubitt, F. Verstraete, W. Dür ve JI Cirac. “Ayrılabilir durumlar dolaşıklığı dağıtmak için kullanılabilir”. Fizik. Rahip Lett. 91, 037902 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.037902
[50] Édgar Roldán ve Shamik Gupta. "Stokastik sıfırlama için yol integrali formalizmi: Tam olarak çözülmüş örnekler ve sınırlandırmanın kısayolları". Fizik. Rev. E 96, 022130 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.96.022130
[51] B. Mukherjee, K. Sengupta ve Satya N. Majumdar. "Stokastik sıfırlama ile kuantum dinamiği". Fizik. Rev. B 98, 104309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.104309
[52] R. Yin ve E. Barkai. "Yeniden başlatma, kuantum yürüyüşünün isabet sürelerini hızlandırır". Fizik. Rahip 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 ve Frank Verstraete. "Kuantum kafesleri için zamana bağlı varyasyon ilkesi". Fiziksel inceleme mektupları 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. "Kuantum yörüngeleri ve açık çok cisimli kuantum sistemleri". Fizikte Gelişmeler 63, 77–149 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00018732.2014.933502
[55] Jülich Süper Bilgisayar Merkezi. "Jureca: Jülich süper bilgi işlem merkezinde modüler süper bilgi işlem mimarisini uygulayan veri merkezli ve güçlendirici modüller". Büyük ölçekli araştırma tesisleri dergisi 7, A182 (2021).
https:///doi.org/10.17815/jlsrf-7-182
[56] Artur Garcia-Saez, Valentin Murg ve Tzu-Chieh Wei. "Tensör ağı yöntemlerini kullanan affleck-kennedy-lieb-tasaki Hamiltonluların spektral boşlukları". Fiziksel İnceleme B 88, 245118 (2013). URL: https:///doi.org/10.1103/physrevb.88.245118.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.88.245118
Alıntılama
[1] Samuel Morales, Yuval Gefen, Igor Gornyi, Alex Zazunov ve Reinhold Egger, "Aktif geri bildirimle yönlendirilemez kuantum durumlarının mühendisliği", Fiziksel İnceleme Araştırması 6 1, 013244 (2024).
[2] Ruoyu Yin, Qingyuan Wang, Sabine Tornow ve Eli Barkai, "İzlenen kuantum dinamikleri için belirsizlik ilişkisini yeniden başlatın", arXiv: 2401.01307, (2024).
[3] Anish Acharya ve Shamik Gupta, "Rastgele zamanlarda koşullu sıfırlamalara tabi olan sıkı bağlama modeli", Fiziksel İnceleme E 108 6, 064125 (2023).
[4] Sayan Roy, Christian Otto, Raphaël Menu ve Giovanna Morigi, "Markovian olmayan bir banyoda iki kübit arasındaki dolaşmanın yükselişi ve düşüşü", Fiziksel İnceleme A 108 3, 032205 (2023).
[5] Lucas Marti, Refik Mansuroğlu ve Michael J. Hartmann, “Fermiyonik Sistemler için Verimli Kuantum Soğutma Algoritması”, arXiv: 2403.14506, (2024).
Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2024-03-27 12:52:41) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.
Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2024-03-27 12:52:40: Crossref'ten 10.22331 / q-2024-03-27-1299 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.
Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-03-27-1299/
