有限一次元システムにおける測定ベースの量子計算: 文字列の順序は計算能力を意味します

有限一次元システムにおける測定ベースの量子計算: 文字列の順序は計算能力を意味します

ソースノード: 3037145

ロバート・ラウセンドルフ1,2、王洋3、アルナブ・アディカリー4,2

1ライプニッツ大学ハノーバー、ハノーバー、ドイツ
2スチュワート・ブラッソン量子物質研究所、ブリティッシュ・コロンビア大学、バンクーバー、カナダ
3南開大学物理学部(中国、天津)
4カナダ、バンクーバーのブリティッシュコロンビア大学物理天文学部

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抽象

空間次元 1 で、短距離もつれ対称リソース状態に対する測定ベースの量子計算 (MBQC) の能力を評価するための新しいフレームワークを提案します。これまでに知られていたものよりも必要な仮定が少なくなります。形式主義は (熱力学的限界とは対照的に) 有限に拡張された系を扱うことができ、変換不変性を必要としません。さらに、MBQC の計算能力と文字列の順序との関係を強化します。つまり、ストリング順序パラメータの適切なセットがゼロでない場合は常に、対応するユニタリ ゲートのセットを任意に 1 に近い忠実度で実現できることを確立します。

量子物質の計算フェーズは、測定ベースの量子計算に対して均一な計算能力を備えた対称性が保護されたフェーズです。フェーズであるため、それらは無限システムに対してのみ定義されます。しかし、では、無限システムから有限システムに移行するときに、計算能力はどのような影響を受けるのでしょうか?この質問の実際的な動機は、量子コンピューティングは効率性が重要であり、したがってリソースのカウントが重要であるということです。この論文では、有限な 1 次元スピン系を処理できる形式主義を開発し、文字列の順序と計算能力の関係を強化します。

►BibTeXデータ

►参照

【1] R. ラウセンドルフと H.-J.ブリーゲル、一方向量子コンピューター、物理学。レット牧師。 86、5188 (2001)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.86.5188。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.5188

【2] D. グロス、ST フラミア、および J. アイサート、「ほとんどの量子状態は複雑すぎて計算リソースとして使用できない」、Phys.レット牧師。 102、190501 (2009)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.102.190501。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.190501

【3] AC Doherty と SD Bartlett、量子計算に普遍的な量子多体システムの位相の特定、Phys.レット牧師。 103、020506 (2009)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.103.020506。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.020506

【4] T. Chung、SD Bartlett、AC Doherty、相関関数を使用した量子多体システムにおける測定ベースの量子ゲートの特性化、Can. J.Phys. 87、219 (2009)。土井: 10.1139/ P08-112。
https:/ / doi.org/ 10.1139/ P08-112

【5] A. Miyake、対称性が保護されたトポロジカル秩序の端での量子計算、Phys.レット牧師。 105、040501 (2010)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.105.040501。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.040501

【6] AS Darmawan、GK Brennen、SD Bartlett、物質の 14 次元相における測定ベースの量子計算、New J. Phys. 013023、2012 (10.1088)。土井: 1367/ 2630-14/ 1/ 013023/ XNUMX。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​14/​1/​013023

【7] DV Else、I. Schwarz、SD Bartlett および AC Doherty、測定ベースの量子計算のための対称性保護フェーズ、Phys.レット牧師。 108、240505 (2012)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.108.240505。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.240505

【8] DV Else、SD Bartlett、および AC Doherty、基底状態における測定ベースの量子計算の対称性保護、New J. Phys. 14、113016 (2012)。土井: 10.1088/ 1367-2630/ 14/ 11/ 113016。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​14/​11/​113016

【9] ZC GuおよびXG Wen、テンソルエンタングルメントフィルタリング繰り込みアプローチおよび対称性保護トポロジカル秩序、Phys. Rev. B 80、155131 (2009)。土井: 10.1103/ PhysRevB.80.155131。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.80.155131

【10] X. Chen、ZC Gu、および XG Wen、ローカル ユニタリ変換、長距離量子もつれ、波動関数の繰り込み、およびトポロジカル秩序、Phys. Rev. B 82、155138 (2010)。土井: 10.1103/ PhysRevB.82.155138。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.82.155138

【11] Norbert Schuch、David Perez-Garcia、Ignacio Cirac、行列積状態と投影されたもつれペア状態を使用した量子位相の分類、Phys. Rev. B 84、165139 (2011)。土井: 10.1103/ PhysRevB.84.165139。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.84.165139

【12] 尾形佳子、量子スピン鎖における対称性が保護されたトポロジカル相の分類、arXiv:2110.04671。土井: 10.48550/arXiv.2110.04671。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2110.04671
arXiv:2110.04671

【13] X. Chen、ZC Gu、ZX Liu、XG Wen、対称性はトポロジカル秩序とその対称群の群コホモロジーを保護しました。 Rev. B 87、155114 (2013)。土井: 10.1103/ PhysRevB.87.155114。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.87.155114

【14] R. Raussendorf、J. Harrington、K. Goyal、フォールトトレラント一方向量子コンピューター、Ann.物理学。 (ニューヨーク) 321、2242 (2006)。土井: 10.1016/j.aop.2006.01.012。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2006.01.012

【15] J. Miller および A. Miyake、量子計算のための対称性が保護されたトポロジカルに順序付けされたフェーズのリソース品質、Phys.レット牧師。 114、120506 (2015)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.114.120506。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.120506

【16] Robert Raussendorf、Dongsheng Wang、Abhishodh Prakash、Tzu-​​Chieh Wei、David Stephen、一次元で均一な計算能力を備えた対称性保護トポロジカル位相、Phys. Rev. A 96、012302 (2017)。土井: 10.1103/ PhysRevA.96.012302。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.012302

【17] DT スティーブン、D.-S.ワン、A. プラカシュ、T.-C. Wei、R. Raussendorf、Computational Power of Symmetry-Protected Topological Phases、Phys.レット牧師。 119、010504 (2017)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.119.010504。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.010504

【18] DT Stephen、一次元対称性で保護されたトポロジカル位相の計算能力、修士論文、ブリティッシュ コロンビア大学 (2017)。土井: 10.14288/ 1.0354465。
https:/ / doi.org/ 10.14288 / 1.0354465

【19] R. ラウセンドルフ、C. わかりました、D.-S. Wang、DT Stephen、および HP Nautrup、量子物質の計算的普遍段階、Phys.レット牧師。 122、090501 (2019)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.122.090501。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.090501

【20] T. Devakul および DJ Williamson、フラクタル対称性で保護されたクラスター位相を使用したユニバーサル量子計算、Phys. Rev. A 98、022332 (2018)。土井: 10.1103/ PhysRevA.98.022332。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022332

【21] David T. Stephen、Hendrik Poulsen Nautrup、Juani Bermejo-Vega、Jens Aisert、Robert Raussendorf、サブシステムの対称性、量子セル オートマトン、および量子物質の計算段階、Quantum 3、142 (2019)。土井: 10.22331/ q-2019-05-20-142。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-05-20-142

【22] Austin K. Daniel、Rafael N. Alexander、Akimasa Miyake、2D アルキメデス格子上の対称性が保護されたトポロジカルに順序付けられたクラスター位相の計算的普遍性、Quantum 4、228 (2020)。土井: 10.22331/ q-2020-02-10-228。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-02-10-228

【23] A. Miyake、2D 原子価結合固相の量子計算能力、Ann.物理学。 326、1656-1671 (2011)。土井: 10.1016/j.aop.2011.03.006。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2011.03.006

【24] Tzu-Chieh Wei、Ian Affleck、Robert Raussendorf、ハニカム格子上のアフレック・ケネディ・リーブ・タサキ状態は普遍的な量子計算リソース、物理学。レット牧師。 106、070501 (2011)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.106.070501。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.070501

【25] サム・ロバーツとスティーブン・D・バートレット、対称性で保護された自己修正量子記憶、物理学。 Rev. X 10、031041 (2020)。土井: 10.1103/PhysRevX.10.031041。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031041

【26] D. Gross および J. Aisert、Novel Schemes for Measurement-Based Quantum Computation、Phys.レット牧師。 98、220503 (2007)。土井: 10.1103/PhysRevLett.98.220503。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.220503

【27] Gabriel Wong、Robert Raussendorf、Bartlomiej Czech 測定ベースの量子計算のゲージ理論、arXiv:2207.10098。土井: 10.48550/arXiv.2207.10098。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2207.10098
arXiv:2207.10098

【28] M. den Nijs および K. Rommelse、結晶表面の粗化遷移と量子スピン鎖の価電子結合相、Phys. Rev. B 40、4709 (1989)。土井: 10.1103/ PhysRevB.40.4709。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.40.4709

【29] H. Tasaki、反強磁性鎖の量子液体: ハルダン ギャップへの確率幾何学的アプローチ、Phys.レット牧師。 66, 798 (1991)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.66.798。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.66.798

【30] D. Perez-Garcia、MM Wolf、M. Sanz、F. Verstraete、および JI Cirac、String Order and Symmetries in Quantum Spin Lattices、Phys.レット牧師。 100、167202 (2008)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.100.167202。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.167202

【31] A. Molnar、J. Garre-Rubio、D. Perez-Garcia、N. Schuch、JI Cirac、同じ状態を生成する通常の投影されたもつれペア状態、New J. Phys. 20、113017 (2018)。土井: 10.1088/ 1367-2630/ aae9fa。
https:/ / doi.org/ 10.1088/ 1367-2630/ aae9fa

【32] JI Cirac、D. Perez-Garcia、N. Schuch、および F. Verstraete、行列積状態と投影されたもつれペア状態: 概念、対称性、定理、Rev. Mod.物理学。 93、045003 (2021)。土井: 10.1103/RevModPhys.93.045003。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.93.045003

【33] MB ヘイスティングス、高次元のリーブ・シュルツ・マティス、物理学。 Rev. B 69、104431 (2004)。土井: 10.1103/ PhysRevB.69.104431。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.69.104431

【34] Bei Zeng、Xie Chen、Duan-Lu Zhou、Xiao-Gang Wen、「量子情報と量子物質の出会い – 多体システムにおける量子もつれからトポロジカル位相まで」、Springer (2019)。土井: 10.48550/arXiv.1508.02595。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1508.02595

【35] CE Agrapidis、J. van den Brink、および S.Nishimoto、キタエフ・ハイゼンベルク モデルの順序付けられた状態: 1D チェーンから 2D ハニカムへ、Sci. 8 年議会第 1815 号 (2018)。土井: 10.1038/s41598-018-19960-4。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-018-19960-4

【36] W. ヤン、A. ノセラ、T. トゥムル、H.-Y. Kee および I. Affleck、スピン 1/2 キタエフ-ガンマ鎖と創発 SU(2) 対称性の相図、Phys.レット牧師。 124、147205 (2020)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.124.147205。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.147205

【37] W. Yang、A. Nocera、および I. Affleck、スピン 1/2 キタエフ-ハイゼンベルグ-ガンマ鎖の状態図の包括的研究、Phys. Rev. Research 2、033268 (2020)。土井: 10.1103/PhysRevResearch.2.033268。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033268

【38] Q. Luo、J. Zhao、X. Wang、H.-Y.キー、結合交互スピン $frac{1}{2}$ $K$-$Gamma$ 鎖の状態図を明らかに、Phys. Rev. B 103、144423 (2021)。土井: 10.1103/ PhysRevB.103.144423。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.103.144423

【39] W.ヤン、A.ノセラ、P.ヘリンジャー、R.ラウセンドルフ、I.アフレック、結合交互キタエフスピンチェーンおよびラダーの対称解析、Phys. Rev. B 105、094432 (2022)。土井: 10.1103/ PhysRevB.105.094432。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.105.094432

【40] W. ヤン、A. ノセラ、C. シュー、H.-Y. Kee, I. Affleck、キタエフ-ガンマ-ハイゼンベルグモデルの結合連鎖解析からの逆回転スパイラル、ジグザグ、および 120$^circ$ 次数、およびハニカムイリデートとの関係、arXiv:2207.02188。土井: 10.48550/arXiv.2207.02188。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2207.02188
arXiv:2207.02188

【41] A. キタエフ、正確に解決されたモデル以降の Anyons、Ann。物理学。 (ニューヨーク)。 321、2 (2006)。土井: 10.1016/j.aop.2005.10.005。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2005.10.005

【42] C. Nayak、SH Simon、A. Stern、M. Freedman、および S. Das Sarma、非アベル アニオンとトポロジカル量子計算、Rev. Mod.物理学。 80、1083 (2008)。土井: 10.1103/RevModPhys.80.1083。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.80.1083

【43] G. Jackeli および G. Khaliullin、強力なスピン軌道結合限界におけるモット絶縁体: ハイゼンベルクから量子コンパスおよびキタエフ モデルまで、Phys.レット牧師。 102、017205 (2009)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.102.017205。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.017205

【44] JG Rau、EKH Lee、HY Kee、キタエフ限界を超えたハニカム虹彩の一般的なスピン モデル、物理学。レット牧師。 112、077204 (2014)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.112.077204。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.077204

【45] JG ラウ、EK-H.リー、H.-Y. Kee、「相関系の新相を引き起こすスピン軌道物理学: イリデートと関連物質」、Annu.コンデンス牧師。物質物理学。 7、195 (2016)。土井: 10.1146/annurev-conmatphys-031115-011319。
https:/ / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-031115-011319

【46] SM Winter、AA Tsirlin、M. Daghofer、J. van den Brink、Y. Singh、P. Gegenwart、R. Valentí、一般化キタエフ磁性のモデルと材料、J. Phys.凝縮します。事項 29、493002 (2017)。土井:10.1088/ 1361-648X/ aa8cf5。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1361-648X/​aa8cf5

【47] M. Hermanns、I. Kimchi、および J. Knolle、「キタエフ モデルの物理学: 分割、動的相関、および材料の接続」、Annu.コンデンス牧師。物質物理学。 9、17 (2018)。土井: 10.1146/annurev-conmatphys-033117-053934。
https:/ / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-033117-053934

【48] FDM Haldane、大スピンハイゼンベルグ反強磁性体の非線形場の理論: 50 次元容易軸ネール状態の半古典的に量子化されたソリトン、Phys.レット牧師。 1153、1983 (10.1103)。土井: 50.1153/ PhysRevLett.XNUMX。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.50.1153

【49] I. Affleck、T. Kennedy、EH Lieb、および H. Tasaki、反強磁性体の価電子結合基底状態に関する厳密な結果、Phys.レット牧師。 59, 799 (1987)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.59.799。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.59.799

【50] X.チェン、Z.-C. Gu、X.-G。ウェン、一次元スピン系におけるギャップ対称位相の分類、Phys. Rev. B 83、035107 (2011)。土井: 10.1103/ PhysRevB.83.035107。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.83.035107

【51] David T. Stephen、Wen Wei Ho、Tzu-​​Chieh Wei、Robert Raussendorf、Ruben Verresen、デュアルユニタリ回路によって実現される 2209.06191 次元アーキテクチャにおけるユニバーサル測定ベースの量子計算、arXiv:10.48550。土井: 2209.06191/arXiv.XNUMX。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2209.06191
arXiv:2209.06191

【52] R. Raussendorf と HJ Briegel、一方向量子コンピューター Quant の基礎となる計算モデル。情報コンプ。 6, 443 (2002)。土井: 10.48550/arXiv.quant-ph/0108067。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 0108067
arXiv:quant-ph / 0108067

【53] D. アハロノフ、A. キタエフ、N. ニサン、混合状態の量子回路、Proc.第 30 回コンピューティング理論に関する ACM 年次シンポジウム、および quant-ph/9806029 (1998)。土井: 10.48550/arXiv.quant-ph/9806029。
https:/ / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 9806029
arXiv:quant-ph / 9806029

【54] オースティン K. ダニエルと三宅明正、一次元対称性で保護されたトポロジカル順序の文字列順序パラメーターによる量子計算の利点、Phys.レット牧師。 126、090505 (2021)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.126.090505。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.090505

【55] G. Brassard、A. Broadbent、および A. Tapp、Quantum Pseudo-Telepathy、Foundation of Physics 35、1877 (2005)。土井: 10.1007/s10701-005-7353-4。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s10701-005-7353-4

【56] S. Kochen および EP Specker、「量子力学における隠れた変数の問題」、J. Math.メカ。 17、59 (1967)。 http://www.jstor.org/stable/24902153。
http:/ / www.jstor.org/ stable / 24902153

【57] ジャネット・アンダース、ダン・E・ブラウン、相関関係の計算力、物理学。レット牧師。 102、050502 (2009)。土井: 10.1103/ PhysRevLett.102.050502。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.050502

【58] N. デビッド マーミン、ジョン ベルの隠れた変数と 65 つの定理、Mod 改訂版。物理学。 803、1993 (10.1103)。土井: 65.803/RevModPhys.XNUMX。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.65.803

【59] Abhishodh Prakash、Tzu-​​Chieh Wei、1D 対称性で保護されたトポロジカル位相の基底状態と量子計算のリソース状態としてのその有用性、Phys. Rev. A 92、022310 (2015)。土井: 10.1103/ PhysRevA.92.022310。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.022310

【60] Robert Raussendorf、測定ベースの量子計算における文脈性、Phys. Rev. A 88、022322 (2013)。土井: 10.1103/PhysRevA.88.022322。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.022322

【61] Matthew Fishman、Steven R. White、E. Miles Stoudenmire、The ITensor Software Library for Tensor Network Calculations、SciPost Phys.コードベース 4 (2022)。土井: 10.21468/SciPostPhysCodeb.4。
https:/ / doi.org/ 10.21468/ SciPostPhysCodeb.4

【62] Arnab Adhikary、https:/ / github.com/ Quantumarnab/ SPT_Phases。
https:/ / github.com/ Quantumarnab/ SPT_Phases

によって引用

[1] Chukwudubemumeano、Annie E. Paine、Vincent E. Elfving、Oleksandr Kyriienko、「量子畳み込みニューラル ネットワークから何を学ぶことができますか?」、 arXiv:2308.16664, (2023).

[2] 助野弘樹、奥田卓也、「アーベル格子ゲージ理論の測定に基づく量子シミュレーション」、 SciPost Physics 14 5、129(2023).

[3] Yifan Hon、David T. Stephen、および Aaron J. Friedman、「量子テレポーテーションは対称性が保護されたトポロジカル秩序を暗示する」、 arXiv:2310.12227, (2023).

[4] James Lambert および Erik S. Sørensen、「スピン 1 反強磁性ハイゼンベルグ鎖の状態空間幾何学」、 フィジカルレビューB 107 17、174427(2023).

[5] Zhangjie Qin、Daniel Azses、Eran Sela、Robert Raussendorf、および VW Scarola、「冗長文字列対称ベースの誤り訂正: 量子デバイスでの実験」、 arXiv:2310.12854, (2023).

[6] Dawid Paszko、Dominic C. Rose、Marzena H. Szymańska、および Arijeet Pal、「オープン量子システムにおけるエッジ モードと対称性が保護されたトポロジカル状態」、 arXiv:2310.09406, (2023).

[7] Arnab Adhikary、Wang Yang、Robert Raussendorf、「対称性が保護されたスピンチェーン上の測定ベ​​ースの量子計算のための、直観に反するが効率的な体制」、 arXiv:2307.08903, (2023).

上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2023-12-28 09:51:46)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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