論文の概要: Quantum simulation of thermodynamics in an integrated quantum photonic processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.00049v3
• Date: Thu, 31 Aug 2023 04:12:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-09-01 21:39:34.167174
• Title: Quantum simulation of thermodynamics in an integrated quantum photonic processor
• Title（参考訳）: 集積量子フォトニックプロセッサにおける熱力学の量子シミュレーション
• Abstract要約: マルチパーティ量子状態が局所的なサブシステムの状態を最大エントロピー状態へと発展させることを示す。 本結果は,非ガウス状態を含む量子シミュレーションのためのフォトニックデバイスの可能性を示す。
• 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: One of the core questions of quantum physics is how to reconcile the unitary evolution of quantum states, which is information-preserving and time-reversible, with evolution following the second law of thermodynamics, which, in general, is neither. The resolution to this paradox is to recognize that global unitary evolution of a multi-partite quantum state causes the state of local subsystems to evolve towards maximum-entropy states. In this work, we experimentally demonstrate this effect in linear quantum optics by simultaneously showing the convergence of local quantum states to a generalized Gibbs ensemble constituting a maximum-entropy state under precisely controlled conditions, while introducing an efficient certification method to demonstrate that the state retains global purity. Our quantum states are manipulated by a programmable integrated quantum photonic processor, which simulates arbitrary non-interacting Hamiltonians, demonstrating the universality of this phenomenon. Our results show the potential of photonic devices for quantum simulations involving non-Gaussian states.
• Abstract（参考訳）: 量子物理学の核となる問題の一つは、情報保存と時間の可逆性である量子状態のユニタリ進化をいかに解決するかであり、熱力学の第二法則に従う進化は一般にはそうではない。 このパラドックスの解決法は、多成分量子状態のグローバルユニタリ進化が、局所サブシステムの状態が最大エントロピー状態へと進化することを認識することである。 本研究では,線形量子光学におけるこの効果を,厳密な制御条件下で最大エントロピー状態を構成する一般化ギブスアンサンブルに対して,局所量子状態の収束を同時に示すとともに,その状態が全球純度を保つことを示す効率的な証明手法を導入することにより実験的に実証する。 我々の量子状態はプログラム可能な集積量子フォトニックプロセッサによって操作され、任意の非相互作用ハミルトニアンをシミュレートし、この現象の普遍性を示す。 本結果は,非ガウス状態を含む量子シミュレーションのためのフォトニックデバイスの可能性を示す。

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