論文の概要: Emergent quantum state designs from individual many-body wavefunctions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.03536v1
• Date: Fri, 5 Mar 2021 08:32:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-09 00:20:07.048820
• Title: Emergent quantum state designs from individual many-body wavefunctions
• Title（参考訳）: 個別多体波動関数による創発的量子状態設計
• Authors: Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, Hsin-Yuan Huang, Felipe Hernandez, Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Manuel Endres, Soonwon Choi
• Abstract要約: 単一非ランダムな量子状態が普遍的および高ランダムな量子状態アンサンブルを符号化することを示す。 この結果は量子カオスを研究するための新しいアプローチを提供し、ほぼ均一にランダムな状態をサンプリングする実用的な方法を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9606043744835375
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum chaos in many-body systems provides a bridge between statistical and quantum physics with strong predictive power. This framework is valuable for analyzing properties of complex quantum systems such as energy spectra and the dynamics of thermalization. While contemporary methods in quantum chaos often rely on random ensembles of quantum states and Hamiltonians, this is not reflective of most real-world systems. In this paper, we introduce a new perspective: across a wide range of examples, a single non-random quantum state is shown to encode universal and highly random quantum state ensembles. We characterize these ensembles using the notion of quantum state $k$-designs from quantum information theory and investigate their universality using a combination of analytic and numerical techniques. In particular, we establish that $k$-designs arise naturally from generic states as well as individual states associated with strongly interacting, time-independent Hamiltonian dynamics. Our results offer a new approach for studying quantum chaos and provide a practical method for sampling approximately uniformly random states; the latter has wide-ranging applications in quantum information science from tomography to benchmarking.
• Abstract（参考訳）: 多体系における量子カオスは、強い予測力を持つ統計物理学と量子物理学の橋渡しとなる。 この枠組みは、エネルギースペクトルや熱化のダイナミクスといった複雑な量子系の特性を分析するのに有用である。 量子カオスの現代的手法は、しばしば量子状態とハミルトンのランダムなアンサンブルに依存するが、これはほとんどの現実世界のシステムでは反映されない。 本稿では、新しい視点を紹介する。幅広い例において、普遍的かつ高ランダムな量子状態アンサンブルを符号化する単一の非ランダム量子状態が示される。 量子情報理論から量子状態$k$-Designという概念を用いてこれらのアンサンブルを特徴づけ、解析的手法と数値的手法を組み合わせてそれらの普遍性を調べる。 特に、k$-デザインは、強く相互作用し、時間に依存しないハミルトニアンダイナミクスに関連する個々の状態と同様に、ジェネリックな状態から自然に生じる。 本研究は, 量子カオス研究のための新しい手法と, ほぼ一様ランダムな状態のサンプリング方法を提供し, 後者はトモグラフィーからベンチマークまで, 量子情報科学の幅広い応用を期待できる。

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