論文の概要: Preparing quantum many-body scar states on quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.08226v3
- Date: Thu, 2 Nov 2023 15:30:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-03 18:25:29.131341
- Title: Preparing quantum many-body scar states on quantum computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける量子多体散乱状態の準備
- Authors: Erik J. Gustafson, Andy C. Y. Li, Abid Khan, Joonho Kim, Doga Murat
Kurkcuoglu, M. Sohaib Alam, Peter P. Orth, Armin Rahmani, Thomas Iadecola
- Abstract要約: 量子多体散乱状態は多体系の高励起固有状態である。
スカー状態は、システムが特別な初期状態に準備されたときに無限に長寿命のコヒーレントダイナミクスを引き起こす。
本稿では、量子コンピュータを用いてこの問題を研究できる状態準備プロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.466969572222768
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Quantum many-body scar states are highly excited eigenstates of many-body
systems that exhibit atypical entanglement and correlation properties relative
to typical eigenstates at the same energy density. Scar states also give rise
to infinitely long-lived coherent dynamics when the system is prepared in a
special initial state having finite overlap with them. Many models with exact
scar states have been constructed, but the fate of scarred eigenstates and
dynamics when these models are perturbed is difficult to study with classical
computational techniques. In this work, we propose state preparation protocols
that enable the use of quantum computers to study this question. We present
protocols both for individual scar states in a particular model, as well as
superpositions of them that give rise to coherent dynamics. For superpositions
of scar states, we present both a system-size-linear depth unitary and a
finite-depth nonunitary state preparation protocol, the latter of which uses
measurement and postselection to reduce the circuit depth. For individual
scarred eigenstates, we formulate an exact state preparation approach based on
matrix product states that yields quasipolynomial-depth circuits, as well as a
variational approach with a polynomial-depth ansatz circuit. We also provide
proof of principle state-preparation demonstrations on superconducting quantum
hardware.
- Abstract（参考訳）: 量子多体スカー状態は多体系の非常に励起された固有状態であり、同じエネルギー密度の典型的な固有状態と比較して非定型的な絡み合いと相関性を示す。
スカー状態はまた、システムがそれらと有限重なり合う特別な初期状態に準備されるとき、無限に長寿命のコヒーレントダイナミクスを引き起こす。
正確な傷跡状態を持つ多くのモデルが構築されているが、これらのモデルが摂動している際の傷跡固有状態と力学の運命は、古典的な計算手法で研究することは困難である。
本研究では,量子コンピュータを用いてこの問題を研究するための状態準備プロトコルを提案する。
特定のモデルにおける個々の傷痕状態のプロトコルと、コヒーレントなダイナミクスをもたらすそれらの重ね合わせについて述べる。
スカー状態の重畳には, システムサイズ線形深度ユニタリと有限深さ非単項状態準備プロトコルの両方が提案され, 後者は測定とポストセレクションを用いて回路深度を低減している。
個々のスカーレッド固有状態に対して、準ポリリノミアル深度回路を出力する行列積状態と多項式深度アンサッツ回路による変分アプローチに基づいて正確な状態準備アプローチを定式化する。
また、超伝導量子ハードウェアにおける原理状態準備デモも提供する。
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