論文の概要: Dynamics in an exact solvable quantum magnet: benchmark for quantum
computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.11371v5
- Date: Mon, 28 Mar 2022 03:12:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-13 23:14:04.353202
- Title: Dynamics in an exact solvable quantum magnet: benchmark for quantum
computer
- Title（参考訳）: 完全可解量子磁石のダイナミクス:量子コンピュータのためのベンチマーク
- Authors: Zheng-Xin Guo, Xi-Dan Hu, Xue-Jia Yu, and Zhi Li
- Abstract要約: 本研究では、2次元大規模強磁性J1-J2ハイゼンベルク模型の動的挙動を理論的および実験的に検討する。
量子ウォーク実験は、IBMのプログラマブル量子プロセッサに基づいて設計・実施されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.643309520855375
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum magnets are never short of novel and fascinating dynamics, yet its
simulation by classical computers requires exponentially-scaled computation
resources, which renders the research on large-scale many-body dynamics
fiendishly difficult. In this letter, we explore the dynamic behavior of 2D
large-scale ferromagnetic J1-J2 Heisenberg model both theoretically and
experimentally. First, the analytical solution of magnon dynamics is obtained
to show an obvious ballistic propagation of magnon, which is typical for
quantum walk. Then, we verify the dynamic behavior of the system through
numerical approach of exact diagonalization and tensor network method. We also
calculate out-of-time ordered correlators and butterfly velocities among
different lattice points, finding that they can well depict the competition
between different couplings. Finally, a quantum walk experiment is designed and
conducted on the basis of IBM programmable quantum processors, and the
experimental results are in consistence with our theoretical predictions. Since
the analytical results can be used, in principle, to predict the behavior of
large-scale quantum many-body systems and even those infinitely large, this
work will help facilitate further research on quantum walk and quantum
many-body dynamics in large-scale lattice systems, guide future design of
quantum computers, as well as popularize quantum computers until they are known
and available to every household in the world.
- Abstract（参考訳）: 量子マグネットは斬新で魅力的なダイナミクスに匹敵するものではないが、古典的なコンピュータによるシミュレーションは指数関数的にスケールされた計算資源を必要とする。
本稿では,2次元強磁性j1-j2ハイゼンベルク模型の動的挙動を理論的および実験的に検討する。
第一に、マグノンダイナミクスの解析解は、量子ウォークに典型的なマグノンの明らかな弾道伝播を示すために得られる。
そして, 正確な対角化法とテンソルネットワーク法の数値的アプローチにより, システムの動的挙動を検証する。
また,異なる格子点間の時間外順序相関子とバタフライ速度を計算し,異なるカップリング間の競合をうまく表現できることを見いだした。
最後に、IBMプログラム可能な量子プロセッサに基づいて量子ウォーク実験を設計、実施し、実験結果は、我々の理論的予測と一致している。
分析結果は、原則として、大規模な量子多体系の挙動を予測し、無限に大きいものでさえも予測することができるため、この研究は、大規模格子系における量子ウォークと量子多体ダイナミクスの研究の促進、量子コンピュータの将来設計の導出、そして量子コンピュータが世界中のすべての家庭で知られ、利用可能になるまで普及する。
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