論文の概要: Benchmarking a novel efficient numerical method for localized 1D
Fermi-Hubbard systems on a quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.06372v2
- Date: Mon, 8 Nov 2021 19:07:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-31 06:23:27.079832
- Title: Benchmarking a novel efficient numerical method for localized 1D
Fermi-Hubbard systems on a quantum simulator
- Title（参考訳）: 量子シミュレータ上での1次元Fermi-Hubbard系の局所化のための新しい効率的な数値手法のベンチマーク
- Authors: Bharath Hebbe Madhusudhana, Sebastian Scherg, Thomas Kohlert, Immanuel
Bloch, Monika Aidelsburger
- Abstract要約: 量子シミュレータは,多体系の力学に有効であることを示す。
我々は中性原子Fermi-Hubbard量子シミュレータと$L_textexpsimeq290$格子サイトを用いて、その性能をベンチマークする。
我々はスピン不均衡フェルミ・ハッバード系に対するブロッホ振動の相互作用の振舞いの簡単な予測を導出した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum simulators have made a remarkable progress towards exploring the
dynamics of many-body systems, many of which offer a formidable challenge to
both theoretical and numerical methods. While state-of-the-art quantum
simulators are in principle able to simulate quantum dynamics well outside the
domain of classical computers, they are noisy and limited in the variability of
the initial state of the dynamics and the observables that can be measured.
Despite these limitations, here we show that such a quantum simulator can be
used to in-effect solve for the dynamics of a many-body system. We develop an
efficient numerical technique that facilitates classical simulations in regimes
not accessible to exact calculations or other established numerical techniques.
The method is based on approximations that are well suited to describe
localized one-dimensional Fermi-Hubbard systems. Since this new method does not
have an error estimate and the approximations do not hold in general, we use a
neutral-atom Fermi-Hubbard quantum simulator with $L_{\text{exp}}\simeq290$
lattice sites to benchmark its performance in terms of accuracy and convergence
for evolution times up to $700$ tunnelling times. We then use these
approximations in order to derive a simple prediction of the behaviour of
interacting Bloch oscillations for spin-imbalanced Fermi-Hubbard systems, which
we show to be in quantitative agreement with experimental results. Finally, we
demonstrate that the convergence of our method is the slowest when the
entanglement depth developed in the many-body system we consider is neither too
small nor too large. This represents a promising regime for near-term
applications of quantum simulators.
- Abstract（参考訳）: 量子シミュレータは多体系のダイナミクスを探求する上で大きな進歩を遂げており、その多くが理論的手法と数値的手法の両方に大きな挑戦を与えている。
最先端の量子シミュレータは、基本的には古典的コンピュータの領域外で量子力学をシミュレートすることができるが、それらはノイズが多く、測定可能なダイナミクスと観測可能性の初期状態の変動性に制限されている。
このような制限にもかかわらず、このような量子シミュレータは多体系の力学に効果を与えることができることを示す。
我々は、正確な計算や他の確立された数値技術にはアクセスできないレジームにおける古典的シミュレーションを容易にする効率的な数値手法を開発した。
この方法は、局所化された一次元フェルミ-ハッバード系を記述するのに適した近似に基づいている。
この新しい手法は誤差推定がなく、近似は一般には成立しないため、ll_{\text{exp}}\simeq290$格子サイトを持つ中性原子のフェルミ・ハバード量子シミュレータを用いて、700ドルまでのトンネル時間に対する精度と収束性のベンチマークを行う。
次に、これらの近似を用いてスピン不平衡フェルミ・ハバード系に対するブロッホ振動の相互作用の挙動を簡易に予測し、実験結果と定量的に一致していることを示す。
最後に,本手法の収束は,多体系で発達した絡み合い深度が小さすぎたり,大さすぎたりすると最も遅くなることを示す。
これは量子シミュレータの短期的応用にとって有望な状況である。
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