論文の概要: Engineering an Effective Three-spin Hamiltonian in Trapped-ion Systems
for Applications in Quantum Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.01022v1
- Date: Mon, 2 Aug 2021 16:29:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-20 03:12:21.914122
- Title: Engineering an Effective Three-spin Hamiltonian in Trapped-ion Systems
for Applications in Quantum Simulation
- Title（参考訳）: トラップイオン系における有効3スピンハミルトニアンの量子シミュレーションへの応用
- Authors: B\'arbara Andrade, Zohreh Davoudi, Tobias Gra\ss, Mohammad Hafezi,
Guido Pagano, and Alireza Seif
- Abstract要約: モルマー・ソレンセンスキームは、調整された1階と2階のスピン-モーション結合を介して3スピン相互作用を誘導するために拡張される。
このスキームは、工学的なシングルスピン、2スピン、3スピンの相互作用を可能にし、純粋に3スピンのダイナミクスをシミュレートする拡張プロトコルによって調整することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Trapped-ion quantum simulators, in analog and digital modes, are considered a
primary candidate to achieve quantum advantage in quantum simulation and
quantum computation. The underlying controlled ion-laser interactions induce
all-to-all two-spin interactions via the collective modes of motion through
Cirac-Zoller or Molmer-Sorensen schemes, leading to effective two-spin
Hamiltonians, as well as two-qubit entangling gates. In this work, the
Molmer-Sorensen scheme is extended to induce three-spin interactions via
tailored first- and second-order spin-motion couplings. The scheme enables
engineering single-, two-, and three-spin interactions, and can be tuned via an
enhanced protocol to simulate purely three-spin dynamics. Analytical results
for the effective evolution are presented, along with detailed numerical
simulations of the full dynamics to support the accuracy and feasibility of the
proposed scheme for near-term applications. With a focus on quantum simulation,
the advantage of a direct analog implementation of three-spin dynamics is
demonstrated via the example of matter-gauge interactions in the U(1) lattice
gauge theory within the quantum link model. The mapping of degrees of freedom
and strategies for scaling the three-spin scheme to larger systems, are
detailed, along with a discussion of the expected outcome of the simulation of
the quantum link model given realistic fidelities in the upcoming experiments.
The applications of the three-spin scheme go beyond the lattice gauge theory
example studied here and include studies of static and dynamical phase diagrams
of strongly interacting condensed-matter systems modeled by two- and three-spin
Hamiltonians.
- Abstract（参考訳）: アナログおよびデジタルモードのトラップイオン量子シミュレータは、量子シミュレーションと量子計算において量子優位性を達成するための主要な候補と考えられている。
基礎となる制御されたイオン-レーザー相互作用は、Cirac-Zoller あるいは Molmer-Sorensen スキームを通して、全対全2スピン相互作用を誘導し、効果的な2スピンハミルトニアンと2量子エンタングゲートをもたらす。
本研究では、モルマー-ソレンセンスキームを拡張し、一階と二階のスピン-モーションカップリングにより三スピン相互作用を誘導する。
このスキームは、単一、2、および3スピンの相互作用を工学的に実現し、純粋に3スピンダイナミクスをシミュレートする拡張プロトコルを介してチューニングすることができる。
提案手法の短期的適用の精度と実現可能性をサポートするため,全動力学の詳細な数値シミュレーションとともに,効果的な進化のための解析結果が提示された。
量子シミュレーションに焦点をあて、量子リンクモデル内のU(1)格子ゲージ理論における物質-ゲージ相互作用の例を通して、3スピンダイナミクスの直接アナログ実装の利点が示される。
3スピンスキームを大規模システムに拡張するための自由度と戦略のマッピングは、今後の実験で現実的な忠実さを与えられた量子リンクモデルのシミュレーションの期待結果と合わせて詳細に議論されている。
3スピンスキームの応用は、ここで研究した格子ゲージ理論の例を超えて、2-および3-スピンハミルトニアンによってモデル化された強相互作用した縮合マター系の静的および動的位相図の研究を含む。
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