論文の概要: Preparing random states and benchmarking with many-body quantum chaos
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.03535v3
- Date: Tue, 16 May 2023 05:37:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-17 20:23:52.931281
- Title: Preparing random states and benchmarking with many-body quantum chaos
- Title（参考訳）: 多体量子カオスによるランダム状態の準備とベンチマーク
- Authors: Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Ivaylo S. Madjarov, Xin Xie, Ran
Finkelstein, Jacob P. Covey, Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, Hsin-Yuan
Huang, Anant Kale, Hannes Pichler, Fernando G.S.L. Brand\~ao, Soonwon Choi,
Manuel Endres
- Abstract要約: 時間に依存しないハミルトン力学の下で自然にランダム状態アンサンブルの出現を予測し、実験的に観察する方法を示す。
観測されたランダムアンサンブルは射影測定から現れ、より大きな量子系のサブシステムの間に構築された普遍的相関に密接に関連している。
我々の研究は、量子力学におけるランダム性を理解するための意味を持ち、より広い文脈でのこの概念の適用を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 48.044162981804526
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Producing quantum states at random has become increasingly important in
modern quantum science, with applications both theoretical and practical. In
particular, ensembles of such randomly-distributed, but pure, quantum states
underly our understanding of complexity in quantum circuits and black holes,
and have been used for benchmarking quantum devices in tests of quantum
advantage. However, creating random ensembles has necessitated a high degree of
spatio-temporal control, placing such studies out of reach for a wide class of
quantum systems. Here we solve this problem by predicting and experimentally
observing the emergence of random state ensembles naturally under
time-independent Hamiltonian dynamics, which we use to implement an efficient,
widely applicable benchmarking protocol. The observed random ensembles emerge
from projective measurements and are intimately linked to universal
correlations built up between subsystems of a larger quantum system, offering
new insights into quantum thermalization. Predicated on this discovery, we
develop a fidelity estimation scheme, which we demonstrate for a Rydberg
quantum simulator with up to 25 atoms using fewer than 10^4 experimental
samples. This method has broad applicability, as we show for Hamiltonian
parameter estimation, target-state generation benchmarking, and comparison of
analog and digital quantum devices. Our work has implications for understanding
randomness in quantum dynamics, and enables applications of this concept in a
much wider context.
- Abstract（参考訳）: 量子状態のランダムな生成は、理論上も実用上も現代の量子科学においてますます重要になっている。
特に、そのようなランダムに分布するが純粋な量子状態のアンサンブルは、量子回路やブラックホールにおける複雑性の理解を基礎としており、量子優位なテストで量子デバイスのベンチマークに使われてきた。
しかし、ランダムアンサンブルを作成するには、高レベルの時空間制御が必要であり、そのような研究は幅広い種類の量子系に及ばない。
本稿では,時間に依存しないハミルトニアンダイナミクスの下で自然発生するランダム状態アンサンブルの発生を予測・実験的に観測することで,この問題を解決する。
観測されたランダムアンサンブルは射影的測定から現れ、より大きな量子系のサブシステム間で構築された普遍的な相関と密接に関連しており、量子熱化に関する新たな洞察を提供する。
この発見を前提として,最大25原子のrydberg量子シミュレータに対して10^4以下の実験試料を用いた忠実度推定法を開発した。
本手法は、ハミルトンパラメータ推定、ターゲット状態生成ベンチマーク、アナログおよびデジタル量子デバイスの比較など、幅広い適用性を有する。
我々の研究は、量子力学におけるランダム性を理解するための意味を持ち、より広い文脈でこの概念の応用を可能にする。
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