論文の概要: Quantum simulation using noisy unitary circuits and measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.06682v2
- Date: Tue, 21 Dec 2021 12:06:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-04 16:41:29.354493
- Title: Quantum simulation using noisy unitary circuits and measurements
- Title（参考訳）: ノイズユニタリ回路と測定を用いた量子シミュレーション
- Authors: Oliver Lunt, Jonas Richter, Arijeet Pal
- Abstract要約: ノイズの多い量子回路は、量子多体ダイナミクスを理解する上で重要な基盤となっている。
ランダム回路モデルを用いて研究した2種類の力学について概説し、特に量子絡み合いの力学に焦点をあてる。
ランダム回路サンプリング実験を考察し,NISQデバイス上での量子多体ダイナミクスのシミュレーションにおけるランダム量子状態の有用性について考察する。
- 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: Many-body quantum systems are notoriously hard to study theoretically due to
the exponential growth of their Hilbert space. It is also challenging to probe
the quantum correlations in many-body states in experiments due to their
sensitivity to external noise. Using synthetic quantum matter to simulate
quantum systems has opened new ways of probing quantum many-body systems with
unprecedented control, and of engineering phases of matter which are otherwise
hard to find in nature. Noisy quantum circuits have become an important
cornerstone of our understanding of quantum many-body dynamics. In particular,
random circuits act as minimally structured toy models for chaotic
nonintegrable quantum systems, faithfully reproducing some of their universal
properties. Crucially, in contrast to the full microscopic model, random
circuits can be analytically tractable under a reasonable set of assumptions,
thereby providing invaluable insights into questions which might be out of
reach even for state-of-the-art numerical techniques. Here, we give an overview
of two classes of dynamics studied using random-circuit models, with a
particular focus on the dynamics of quantum entanglement. We will especially
pay attention to potential near-term applications of random-circuit models on
noisy-intermediate scale quantum (NISQ) devices. In this context, we cover
hybrid circuits consisting of unitary gates interspersed with nonunitary
projective measurements, hosting an entanglement phase transition from a
volume-law to an area-law phase of the steady-state entanglement. Moreover, we
consider random-circuit sampling experiments and discuss the usefulness of
random quantum states for simulating quantum many-body dynamics on NISQ devices
by leveraging the concept of quantum typicality. We highlight how emergent
hydrodynamics can be studied by utilizing random quantum states generated by
chaotic circuits.
- Abstract（参考訳）: 多体量子系は、ヒルベルト空間の指数的成長のために理論的に研究が難しいことで有名である。
また、外部ノイズに対する感度から、実験において多体状態における量子相関を調べることも困難である。
量子系をシミュレートするために合成量子物質を用いることで、前例のない制御で量子多体系を探索する新しい方法や、自然界では見つからない物質の工学的なフェーズが開かれた。
ノイズの多い量子回路は、量子多体ダイナミクスを理解する上で重要な基盤となっている。
特に、ランダム回路はカオス的非可積分量子システムのための最小構造トイモデルとして機能し、それらの普遍的性質を忠実に再現する。
重要なことに、完全な顕微鏡モデルとは対照的に、ランダム回路は合理的な仮定の下で解析的に抽出可能であるため、最先端の数値技術であっても到達できない可能性のある問題に対する貴重な洞察を与えることができる。
本稿では、ランダム回路モデルを用いて研究する2つのダイナミクスのクラスの概要と、特に量子絡み合いのダイナミクスについて述べる。
特に、ノイズ中規模量子(NISQ)デバイスにおけるランダム回路モデルの短期的応用に留意する。
この文脈では、非ユニタリ射影計測と交差するユニタリゲートからなるハイブリッド回路を対象とし、体積則から定常絡みの領域則相への絡み合い相転移をホストする。
さらに, ランダムサーキットサンプリング実験を考察し, nisqデバイス上での量子多体力学シミュレーションにおけるランダム量子状態の有用性について検討した。
カオス回路によって生じるランダム量子状態を利用して、創発的流体力学をいかに研究できるかを強調した。
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