論文の概要: Measuring Arbitrary Physical Properties in Analog Quantum Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.02517v1
- Date: Mon, 5 Dec 2022 19:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 20:19:36.867624
- Title: Measuring Arbitrary Physical Properties in Analog Quantum Simulation
- Title（参考訳）: アナログ量子シミュレーションにおける任意物性の測定
- Authors: Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho, and Soonwon Choi
- Abstract要約: アナログ量子シミュレーションにおける中心的な課題は、実験で生成された量子状態の望ましい物理的性質を特徴づけることである。
本稿では,汎用量子力学のエルゴード特性を利用したスケーラブルなプロトコルの提案と解析を行う。
我々のプロトコルは、制限された制御性を克服し、短期量子技術の汎用性と実用性を高めることをエキサイティングに約束する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5999777817331317
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A central challenge in analog quantum simulation is to characterize desirable
physical properties of quantum states produced in experiments. However, in
conventional approaches, the extraction of arbitrary information requires
performing measurements in many different bases, which necessitates a high
level of control that present-day quantum devices may not have. Here, we
propose and analyze a scalable protocol that leverages the ergodic nature of
generic quantum dynamics, enabling the efficient extraction of many physical
properties. The protocol does not require sophisticated controls and can be
generically implemented in analog quantum simulation platforms today. Our
protocol involves introducing ancillary degrees of freedom in a predetermined
state to a system of interest, quenching the joint system under Hamiltonian
dynamics native to the particular experimental platform, and then measuring
globally in a single, fixed basis. We show that arbitrary information of the
original quantum state is contained within such measurement data, and can be
extracted using a classical data-processing procedure. We numerically
demonstrate our approach with a number of examples, including the measurements
of entanglement entropy, many-body Chern number, and various superconducting
orders in systems of neutral atom arrays, bosonic and fermionic particles on
optical lattices, respectively, only assuming existing technological
capabilities. Our protocol excitingly promises to overcome limited
controllability and, thus, enhance the versatility and utility of near-term
quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: アナログ量子シミュレーションにおける中心的な課題は、実験で生成された量子状態の望ましい物理的性質を特徴づけることである。
しかし、従来の手法では、任意の情報の抽出には、現在の量子デバイスが持たない高いレベルの制御を必要とする多くの異なるベースでの計測が必要である。
本稿では,汎用量子力学のエルゴード的性質を活かし,多くの物理特性の効率的な抽出を可能にするスケーラブルなプロトコルの提案と解析を行う。
このプロトコルは洗練された制御を必要とせず、今日ではアナログ量子シミュレーションプラットフォームに汎用的に実装することができる。
提案手法では, 一定条件下で一定の自由度を利子系に導入し, 特定の実験プラットフォームに固有なハミルトニアン・ダイナミクスの下でジョイント・システムをクエンチし, 単一の固定基底でグローバルに測定する。
これらの測定データには、元の量子状態の任意の情報が含まれており、古典的なデータ処理手順を用いて抽出可能であることを示す。
我々は, 光学格子上の中性原子配列, ボゾン粒子, フェルミオン粒子の系における絡み合いエントロピー, 多体チャーン数, および様々な超伝導秩序の測定など, 既存の技術能力を前提として, このアプローチを数値的に示す。
我々のプロトコルは、制限された制御性を克服し、短期量子技術の汎用性と実用性を高めることをエキサイティングに約束する。
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