Circuitos de canales cuánticos de espacio y tiempo

Circuitos de canales cuánticos de espacio y tiempo

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pavel kos y Georgios Styliaris

Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Alemania
Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Múnich (MCQST), Schellingstr. 4, 80799 Múnich, Alemania

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Resumen

Las soluciones exactas en los sistemas de muchos cuerpos que interactúan son escasas pero extremadamente valiosas, ya que proporcionan información sobre la dinámica. Los modelos unitarios duales son ejemplos en una dimensión espacial donde esto es posible. Estos circuitos cuánticos de pared de ladrillo consisten en puertas locales, que permanecen unitarias no solo en el tiempo, sino también cuando se interpretan como evoluciones a lo largo de las direcciones espaciales. Sin embargo, esta configuración de dinámica unitaria no se aplica directamente a los sistemas del mundo real debido a su aislamiento imperfecto y, por lo tanto, es imperativo considerar el impacto del ruido en la dinámica unitaria dual y su solución exacta.
En este trabajo generalizamos las ideas de dual-unitaridad para obtener soluciones exactas en circuitos cuánticos ruidosos, donde cada puerta unitaria es sustituida por un canal cuántico local. Las soluciones exactas se obtienen exigiendo que las puertas ruidosas produzcan un canal cuántico válido no solo en el tiempo, sino también cuando se interpretan como evoluciones a lo largo de una o ambas direcciones espaciales y posiblemente hacia atrás en el tiempo. Esto da lugar a nuevas familias de modelos que satisfacen diferentes combinaciones de restricciones de unicidad a lo largo de las direcciones del espacio y el tiempo. Proporcionamos soluciones exactas para las funciones de correlación espacio-temporal, las correlaciones espaciales después de una extinción cuántica y la estructura de los estados estacionarios para estas familias de modelos. Mostramos que el ruido no sesgado en torno a la familia unitaria dual conduce a modelos exactamente solucionables, incluso si se viola fuertemente la unitaridad dual. Probamos que cualquier unidad de canal en ambas direcciones, espacio y tiempo, puede escribirse como una combinación afín de una clase particular de puertas unitarias duales. Finalmente, extendemos la definición de estados iniciales solubles a operadores de densidad de matriz-producto. Los clasificamos completamente cuando su tensor admite una depuración local.

Comprender cómo evolucionan en el tiempo los sistemas cuánticos de muchos espines es una tarea desafiante. En la mayoría de los casos, los aspectos relevantes de la complicada evolución pueden extraerse examinando las funciones de correlación. Sin embargo, el problema de calcular funciones de correlación para modelos que exhiben caos es en general difícil, por lo que proporcionar ejemplos donde puedan analizarse es crucial para nuestra comprensión.

En nuestro trabajo, generalizamos uno de esos ejemplos, los circuitos unitarios duales, a sistemas más allá de la dinámica unitaria, llamados canales de espacio-tiempo. Aquí, el acoplamiento con el entorno da como resultado una dinámica cuántica que consta de canales cuánticos locales, es decir, una evolución de sistema abierto. Estos canales cuánticos de espacio-tiempo se caracterizan por la propiedad de que la evolución sigue siendo física al cambiar los roles del espacio y el tiempo, exactamente como en el caso de los circuitos duales unitarios. Esta propiedad define diferentes familias ricas de modelos con dinámica manejable.

Nuestro trabajo abre nuevas puertas a circuitos cuánticos abiertos exactamente solucionables. Dado que la evolución cuántica, la simulación o la computación nunca están completamente aisladas del entorno, este conocimiento es muy necesario. Además, nuestro trabajo también explica por qué la firma de unitaridad dual (correlaciones que desaparecen dentro del cono de luz), que ya se observó en el experimento, se conserva bajo el ruido típico.

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Citado por

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Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-05-25 23:36:01). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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