論文の概要: Deterministic constant-depth preparation of the AKLT state on a quantum
processor using fusion measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.17548v1
- Date: Mon, 31 Oct 2022 17:58:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-20 22:06:57.097406
- Title: Deterministic constant-depth preparation of the AKLT state on a quantum
processor using fusion measurements
- Title（参考訳）: 核融合測定による量子プロセッサ上のAKLT状態の決定論的定数深度測定
- Authors: Kevin C. Smith, Eleanor Crane, Nathan Wiebe, S. M. Girvin
- Abstract要約: スピン-1 Affleck, Kennedy, Lieb, TasakiAKLT モデルの基底状態は、行列積状態と対称性保護位相の両方のパラダイム的な例である。
非ゼロ相関長を持つAKLT状態は、局所ゲートからなる一定の深さのユニタリ回路によって正確には作成できない。
固定深度回路を融合測定で拡張することにより、この非ゴー限界を回避できることを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2007262412327553
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The ground state of the spin-1 Affleck, Kennedy, Lieb and Tasaki (AKLT) model
is a paradigmatic example of both a matrix product state and a
symmetry-protected topological phase, and additionally holds promise as a
resource state for measurement-based quantum computation. Having a nonzero
correlation length, the AKLT state cannot be exactly prepared by a
constant-depth unitary circuit composed of local gates. In this work, we
demonstrate that this no-go limit can be evaded by augmenting a constant-depth
circuit with fusion measurements, such that the total preparation time is
independent of system size and entirely deterministic. We elucidate our
preparation scheme using the language of tensor networks, and furthermore show
that the $\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2$ symmetry of the AKLT state directly
affords this speed-up over previously known preparation methods. To demonstrate
the practical advantage of measurement-assisted preparation on noisy
intermediate-scale quantum (NISQ) devices, we carry out our protocol on an IBM
Quantum processor. We measure both the string order and entanglement spectrum
of prepared AKLT chains and, employing these as metrics, find improved results
over the known (purely unitary) sequential preparation approach. We conclude
with a demonstration of quantum teleportation using the AKLT state prepared by
our measurement-assisted scheme. This work thus serves to provide an efficient
strategy to prepare a specific resource in the form of the AKLT state and, more
broadly, experimentally demonstrates the possibility for realizable improvement
in state preparation afforded by measurement-based circuit depth reduction
strategies on NISQ-era devices.
- Abstract（参考訳）: spin-1 affleck, kennedy, lieb and tasaki (aklt)モデルの基底状態は、行列積状態と対称性保護位相相の両方のパラダイム的例であり、さらにpromiseを計測に基づく量子計算の資源状態として持つ。
非ゼロ相関長を持つaklt状態は、局所ゲートからなる定深さユニタリ回路では正確には作成できない。
本研究は, システムサイズに依存せず, 完全に決定論的であるような, 固定深度回路を融合測定で拡張することにより, このノーゴー限界を回避できることを実証する。
さらに、AKLT状態の$\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2$対称性が、以前に知られていた準備法よりも直接このスピードアップを得られることを示す。
ノイズの多い中規模量子(NISQ)デバイスにおける計測補助準備の実用的利点を示すため,我々はIBM Quantumプロセッサ上でプロトコルを実行する。
得られたAKLT鎖の弦次数および絡み合いスペクトルを計測し,これらを指標として,既知の(純ユニタリな)逐次準備法よりも改善された結果を求める。
測定支援方式で作成したAKLT状態を用いた量子テレポーテーションの実証を行った。
この研究は、AKLT状態の形で特定の資源を調製する効率的な戦略を提供し、より広範に、NISQ時代のデバイス上での測定に基づく回路深度低減戦略によって得られる状態準備が実現可能な改善の可能性を示す。
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