Kretser av rom og tid kvantekanaler

Kretser av rom og tid kvantekanaler

Kilde node: 2677489

Pavel Kos og Georgios Styliaris

Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Tyskland
München senter for kvantevitenskap og teknologi (MCQST), Schellingstr. 4, 80799 München, Tyskland

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Nøyaktige løsninger i samspill med mangekroppssystemer er få, men ekstremt verdifulle siden de gir innsikt i dynamikken. To-enhetsmodeller er eksempler i én romlig dimensjon der dette er mulig. Disse kvantekretsene med murvegg består av lokale porter, som forblir enhetlige ikke bare i tid, men også når de tolkes som evolusjoner langs romlige retninger. Denne innstillingen for enhetlig dynamikk gjelder imidlertid ikke direkte for systemer i den virkelige verden på grunn av deres ufullkomne isolasjon, og det er derfor viktig å vurdere virkningen av støy på dual-enhetsdynamikk og dens eksakte løselighet.
I dette arbeidet generaliserer vi ideene om dobbel enhet for å oppnå eksakte løsninger i støyende kvantekretser, der hver enhetsport erstattes av en lokal kvantekanal. Nøyaktige løsninger oppnås ved å kreve at de støyende portene gir en gyldig kvantekanal ikke bare i tid, men også når de tolkes som utviklinger langs en eller begge av de romlige retningene og eventuelt bakover i tid. Dette gir opphav til nye familier av modeller som tilfredsstiller forskjellige kombinasjoner av enhetsbegrensninger langs rom- og tidsretningene. Vi gir eksakte løsninger for de spatio-temporale korrelasjonsfunksjonene, romlige korrelasjoner etter en kvanteslukking, og strukturen til stabile tilstander for disse modellfamiliene. Vi viser at uhildet støy rundt den doble enhetsfamilien fører til nøyaktig løsbare modeller, selv om dualenhet er sterkt krenket. Vi beviser at enhver kanal som er enhetlig i både rom- og tidsretninger, kan skrives som en affin kombinasjon av en bestemt klasse med doble enhetsporter. Til slutt utvider vi definisjonen av løsbare starttilstander til matrise-produkttetthetsoperatører. Vi klassifiserer dem fullstendig når tensoren deres innrømmer en lokal rensing.

Å forstå hvordan kvantesystemer med mange spinn utvikler seg over tid er en utfordrende oppgave. I de fleste tilfeller kan de relevante aspektene ved den kompliserte evolusjonen trekkes ut ved å undersøke korrelasjonsfunksjonene. Imidlertid er problemet med å beregne korrelasjonsfunksjoner for modeller som viser kaos generelt vanskelig, så å gi eksempler der de kan analyseres er avgjørende for vår forståelse.

I arbeidet vårt generaliserer vi et slikt eksempel – dual-unitary circuits – til systemer utover enhetlig dynamikk, kalt rom-tid-kanaler. Her resulterer kobling med miljøet i kvantedynamikk som består av lokale kvantekanaler, det vil si åpen systemutvikling. Disse rom-tid kvantekanalene er preget av egenskapen at evolusjonen fortsatt er fysisk ved å endre rollene til rom og tid, akkurat som i tilfellet med to-enhetskretser. Denne egenskapen definerer ulike rike familier av modeller med kjørbar dynamikk.

Vårt arbeid åpner nye dører til nøyaktig løsbare åpne kvantekretser. Siden kvanteevolusjon, simulering eller beregning aldri er helt isolert fra miljøet er denne kunnskapen sårt nødvendig. Dessuten forklarer arbeidet vårt også hvorfor signaturen til dobbel enhet (forsvinnende korrelasjoner inne i lyskjeglen), som allerede ble sett i eksperimentet, er bevart under typisk støy.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] Adam Nahum, Jonathan Ruhman, Sagar Vijay og Jeongwan Haah. "Kvanteforviklingsvekst under tilfeldig enhetlig dynamikk". Phys. Rev. X 7, 031016 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031016

[2] Adam Nahum, Sagar Vijay og Jeongwan Haah. "Operatorspredning i tilfeldige enhetskretser". Phys. Rev. X 8, 021014 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.02101

[3] CW von Keyserlingk, Tibor Rakovszky, Frank Pollmann og SL Sondhi. "Operatorhydrodynamikk, OTOC-er og sammenfiltringsvekst i systemer uten bevaringslover". Phys. Rev. X 8, 021013 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021013

[4] Tibor Rakovszky, Frank Pollmann og CW von Keyserlingk. "Subballistisk vekst av Rényi-entropier på grunn av diffusjon". Phys. Rev. Lett. 122, 250602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.250602

[5] Amos Chan, Andrea De Luca og JT Chalker. "Løsning av en minimal modell for kvantekaos med mange kropper". Phys. Rev. X 8, 041019 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.041019

[6] SJ Garratt og JT Chalker. "Lokal sammenkobling av Feynman-historier i Floquet-modeller med mange kropper". Phys. Rev. X 11, 021051 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021051

[7] Tomaž Prosen. "Tredje kvantisering: en generell metode for å løse hovedligninger for kvadratiske åpne Fermi-systemer". New Journal of Physics 10, 043026 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​10/​4/​043026

[8] Matthieu Vanicat, Lenart Zadnik og Tomaž Prosen. "Integrerbar traverisering: Lokale bevaringslover og grensekjøring". Phys. Rev. Lett. 121, 030606 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.030606

[9] Lucas Sá, Pedro Ribeiro og Tomaž Prosen. "Integrerbare ikke-enhetlige åpne kvantekretser". Phys. Rev. B 103, 115132 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.103.115132

[10] Lei Su og Ivar Martin. "Integrerbare ikke-enhetlige kvantekretser". Phys. Rev. B 106, 134312 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.106.134312

[11] Lucas Sá, Pedro Ribeiro, Tankut Can og Tomaž Prosen. "Spektraloverganger og universelle stabile tilstander i tilfeldige Kraus-kart og -kretser". Phys. Rev. B 102, 134310 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.134310

[12] Marko Žnidarič. "Nøyaktig løsning for en diffusiv ikke-likevektsstabil tilstand av en åpen kvantekjede". Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2010, L05002 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2010/​05/​l05002

[13] Bruno Bertini, Pavel Kos og Tomaž Prosen. "Nøyaktige korrelasjonsfunksjoner for to-enhetsgittermodeller i 1+1 dimensjoner". Phys. Rev. Lett. 123, 210601 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.123.210601

[14] Lorenzo Piroli, Bruno Bertini, J. Ignacio Cirac og Tomaž Prosen. "Nøyaktig dynamikk i to-enhets kvantekretser". Phys. Rev. B 101, 094304 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.101.094304

[15] Pavel Kos, Bruno Bertini og Tomaž Prosen. "Korrelasjoner i forstyrrede dual-unitary kretser: Effektiv bane-integral formel". Phys. Rev. X 11, 011022 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevx.11.011022

[16] Bruno Bertini, Pavel Kos og Tomaž Prosen. "Nøyaktig spektral formfaktor i en minimal modell av kvantekaos med mange kropper". Phys. Rev. Lett. 121, 264101 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.264101

[17] Bruno Bertini, Pavel Kos og Tomaž Prosen. "Tilfeldig matrisespektral formfaktor for to-enhets kvantekretser". Kommunikasjon i matematisk fysikk (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-021-04139-2

[18] Bruno Bertini, Pavel Kos og Tomaž Prosen. "Forviklinger som sprer seg i en minimal modell av maksimalt kvantekaos med mange kropper". Phys. Rev. X 9, 021033 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevx.9.021033

[19] Sarang Gopalakrishnan og Austen Lamacraft. "Enhetskretser med begrenset dybde og uendelig bredde fra kvantekanaler". Phys. Rev. B 100, 064309 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.100.064309

[20] Pieter W. Claeys og Austen Lamacraft. "Maksimal hastighet kvantekretser". Phys. Rev. Res. 2, 033032 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevresearch.2.033032

[21] Bruno Bertini og Lorenzo Piroli. "Forvrengning i tilfeldige enhetskretser: Nøyaktige resultater". Phys. Rev. B 102, 064305 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.102.064305

[22] Bruno Bertini, Pavel Kos og Tomaž Prosen. "Operatorforviklinger i lokale kvantekretser I: Kaotiske dobbeltenhetskretser". SciPost Phys. 8, 67 (2020).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.8.4.067

[23] Suhail Ahmad Rather, S. Aravinda og Arul Lakshminarayan. "Å skape ensembler av doble enhetlige og maksimalt sammenfiltrende kvanteevolusjoner". Phys. Rev. Lett. 125, 070501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.070501

[24] Boris Gutkin, Petr Braun, Maram Akila, Daniel Waltner og Thomas Guhr. "Nøyaktige lokale korrelasjoner i sparkede kjeder". Phys. Rev. B 102, 174307 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.174307

[25] Pieter W. Claeys og Austen Lamacraft. "Ergodiske og ikke-ergodiske doble enhetlige kvantekretser med vilkårlig lokal Hilbert-romdimensjon". Phys. Rev. Lett. 126, 100603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.126.100603

[26] S. Aravinda, Suhail Ahmad Rather og Arul Lakshminarayan. "Fra dual-unitary til kvante Bernoulli-kretser: Rollen til den sammenfiltrende kraften i å konstruere et kvanteergodisk hierarki". Phys. Rev. Forskning 3, 043034 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043034

[27] Tomaž Prosen. "Mangekropps kvantekaos og dobbel enhet rundt ansiktet". Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science 31, 093101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0056970

[28] Márton Borsi og Balázs Pozsgay. "Konstruksjon og ergodisitetsegenskapene til doble enhetlige kvantekretser". Phys. Rev. B 106, 014302 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.106.014302

[29] Wen Wei Ho og Soonwon Choi. "Nøyaktig fremvoksende kvantetilstandsdesign fra kvantekaotisk dynamikk". Phys. Rev. Lett. 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[30] Pieter W Claeys og Austen Lamacraft. "Emergent quantum state designs and biunitarity in dual-unitary circuit dynamics". Quantum 6, 738 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-15-738

[31] Matteo Ippoliti og Wen Wei Ho. "Dynamisk rensing og fremveksten av kvantetilstandsdesign fra det prosjekterte ensemblet" (2022). arXiv:2204.13657.
arxiv: 2204.13657

[32] Felix Fritzsch og Tomaž Prosen. "Eigenstate-termalisering i to-enhets kvantekretser: Asymptotikk av spektrale funksjoner". Phys. Rev. E 103, 062133 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.103.062133

[33] Alessio Lerose, Michael Sonner og Dmitry A. Abanin. "Påvirke matrisetilnærming til Floquet-dynamikk med mange kropper". Phys. Rev. X 11, 021040 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.021040

[34] Ryotaro Suzuki, Kosuke Mitarai og Keisuke Fujii. "Beregningskraft til en- og todimensjonale to-enhets kvantekretser". Quantum 6, 631 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-01-24-631

[35] Cheryne Jonay, Vedika Khemani og Matteo Ippoliti. "Treunitære kvantekretser". Phys. Rev. Forskning 3, 043046 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043046

[36] Richard M. Milbradt, Lisa Scheller, Christopher Aßmus og Christian B. Mendl. "Ternære enhetlige kvantegittermodeller og kretser i dimensjoner $2+1$". Phys. Rev. Lett. 130, 090601 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.090601

[37] Matteo Ippoliti og Vedika Khemani. "Ettervalgsfri sammenfiltringsdynamikk via romtidsdualitet". Phys. Rev. Lett. 126, 060501 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.060501

[38] Matteo Ippoliti, Tibor Rakovszky og Vedika Khemani. "Fraktal, logaritmisk og volumlov sammenfiltrede ikke-termiske stabile tilstander via romtidsdualitet". Phys. Rev. X 12, 011045 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011045

[39] Tsung-Cheng Lu og Tarun Grover. "Romtidsdualitet mellom lokaliseringsoverganger og målingsinduserte overganger". PRX Quantum 2, 040319 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040319

[40] Eli Chertkov, Justin Bohnet, David Francois, John Gaebler, Dan Gresh, Aaron Hankin, Kenny Lee, David Hayes, Brian Neyenhuis, Russell Stutz, et al. "Holografiske dynamikksimuleringer med en fanget-ion kvantedatamaskin". Naturfysikk 18, 1074–1079 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01689-7

[41] Xiao Mi, Pedram Roushan, Chris Quintana, Salvatore Mandrà, Jeffrey Marshall, Charles Neill, Frank Arute, Kunal Arya, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Joao Basso, Andreas Bengtsson, Sergio Boixo, Alexandre Bourassa, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Zijun Chen, Benjamin Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Sean Demura, Alan R. Derk, Andrew Dunsworth, Daniel Eppens, Catherine Erickson, Edward Farhi , Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Jonathan A. Gross, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Jeremy Hilton, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, William J. Huggins, LB Ioffe, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Julian Kelly, Seon Kim, Alexei Kitaev, Paul V. Klimov, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Erik Lucero, Orion Martin , Jarrod R. McClean, Trevor McCourt, Matt McEwen, Anthony Megrant, Kevin C. Miao, Masoud Mohseni, Shirin Montazeri, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Michael Newman, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O' Brien, Alex Opremcak, Eric Ostby, Balint Pato, Andre Petukhov, Nicholas Redd, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vladimir Shvarts, Doug Strain, Marco Szalay, Matthew D. Trevithick, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven, Igor Aleiner, Kostyantyn Kechedzhi, Vadim Smelyanskiy og Yu Chen. "Informasjonskryptering i kvantekretser". Science 374, 1479–1483 (2021).
https://doi.org/ 10.1126/science.abg5029

[42] John Preskill. "Kvantedatabehandling i NISQ-æraen og utover". Quantum 2, 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[43] Pavel Kos, Bruno Bertini og Tomaž Prosen. "Kaos og ergodisitet i utvidede kvantesystemer med støyende kjøring". Phys. Rev. Lett. 126, 190601 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.190601

[44] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. "Kvanteberegning og kvanteinformasjon: 10-årsjubileumsutgave". Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[45] Ingemar Bengtsson og Karol Życzkowski. "Geometri av kvantetilstander: En introduksjon til kvanteforviklinger". Cambridge University Press. (2017).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511535048

[46] J. Ignacio Cirac, David Pérez-García, Norbert Schuch og Frank Verstraete. "Matriseprodukttilstander og projiserte sammenfiltrede partilstander: begreper, symmetrier, teoremer". Rev. Mod. Phys. 93, 045003 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.93.045003

[47] Fernando Pastawski, Beni Yoshida, Daniel Harlow og John Preskill. "Holografiske kvantefeilkorrigerende koder: leketøysmodeller for bulk-/grensekorrespondansen". Journal of High Energy Physics 2015 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP06 (2015) 149

[48] Dardo Goyeneche, Daniel Alsina, José I. Latorre, Arnau Riera og Karol Życzkowski. "Absolutt maksimalt sammenfiltrede tilstander, kombinatoriske design og flerenhetsmatriser". Phys. Rev. A 92, 032316 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032316

[49] John Watrous. "Teorien om kvanteinformasjon". Cambridge University Press. (2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[50] Mary Beth Ruskai, Stanislaw Szarek og Elisabeth Werner. "En analyse av fullstendig positive sporbevarende kart på $M_2$". Lineær algebra og dens anvendelser 347, 159–187 (2002).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0024-3795(01)00547-X

[51] Christian B. Mendl og Michael M. Wolf. "Unitale kvantekanaler - Konveks struktur og gjenopplivninger av Birkhoffs teorem". Communications in Mathematical Physics 289, 1057–1086 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-009-0824-2

[52] LJ Landau og RF Streater. "Om Birkhoffs teorem for dobbelt stokastiske fullstendig positive kart over matrisealgebraer". Lineær algebra og dens anvendelser 193, 107–127 (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(93)90274-R

[53] Barbara Kraus og J. Ignacio Cirac. "Optimal oppretting av sammenfiltring ved hjelp av en to-qubit-port". Physical Review A 63, 062309 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.062309

[54] Lev Vidmar og Marcos Rigol. "Generalisert gibb-ensemble i integrerbare gittermodeller". Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2016, 064007 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2016/​06/​064007

[55] Frank Verstraete, Juan J Garcia-Ripoll og Juan Ignacio Cirac. "Matrix produkttetthetsoperatører: Simulering av endelig temperatur og dissipative systemer". Physical Review Letters 93, 207204 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.207204

[56] Gemma De las Cuevas, Norbert Schuch, David Pérez-García og J. Ignacio Cirac. "Rensing av flerpartistater: begrensninger og konstruktive metoder". New Journal of Physics 15, 123021 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​15/​12/​123021

[57] Gemma De las Cuevas, TS Cubitt, J Ignacio Cirac, MM Wolf og David Pérez-García. "Fundamentelle begrensninger i rensingen av tensornettverk". Journal of Mathematical Physics 57, 071902 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4954983

[58] Mark Fannes, Bruno Nachtergaele og Reinhard F Werner. "Endelig korrelerte tilstander på kvantespinnkjeder". Kommunikasjon i matematisk fysikk 144, 443–490 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02099178

[59] David Perez-García, Frank Verstraete, Michael M Wolf og J Ignacio Cirac. "Matrix produktstatusrepresentasjoner". Quantum Information and Computation 7, 401–430 (2007).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​0608197
arxiv: Quant-ph / 0608197

[60] Mikel Sanz, David Perez-Garcia, Michael M Wolf og J Ignacio Cirac. "En kvanteversjon av Wielandts ulikhet". IEEE Transactions on Information Theory 56, 4668–4673 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2010.2054552

Sitert av

[1] Alessandro Foligno og Bruno Bertini, "Vekst av sammenfiltring av generiske tilstander under dual-unitary dynamikk", arxiv: 2208.00030, (2022).

[2] Katja Klobas, Cecilia De Fazio og Juan P. Garrahan, "Eksakt "hydrofobisitet" i deterministiske kretser: dynamiske fluktuasjoner i Floquet-East-modellen, arxiv: 2305.07423, (2023).

[3] Richard M. Milbradt, Lisa Scheller, Christopher Aßmus og Christian B. Mendl, "Ternary Unitary Quantum Lattice Models and Circuits in 2 +1 Dimensions", Fysiske gjennomgangsbrev 130 9, 090601 (2023).

[4] Pieter W. Claeys, Austen Lamacraft og Jamie Vicary, "Fra dual-unitary to biunitary: a 2-categorical model for exact-solvable multi-body quantum dynamics", arxiv: 2302.07280, (2023).

[5] Michael A. Rampp, Roderich Moessner og Pieter W. Claeys, "From Dual Unitarity to Generic Quantum Operator Spreading", Fysiske gjennomgangsbrev 130 13, 130402 (2023).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-05-25 23:36:01). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-05-25 23:36:00).

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal