論文の概要: Variational quantum simulation of the quantum critical regime

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.07438v1
• Date: Wed, 15 Feb 2023 02:59:41 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 16:02:10.118404
• Title: Variational quantum simulation of the quantum critical regime
• Title（参考訳）: 量子臨界状態の変分量子シミュレーション
• Authors: Zhi-Quan Shi, Xu-Dan Xie, Dan-Bo Zhang
• Abstract要約: 本稿では,量子コンピュータ上で量子臨界状態のシミュレートと位置決めを行うため,自由エネルギーの変動を最小限に抑える変分法を提案する。 我々の研究は、量子ビットが少ない量子デバイス上で有限温度で量子臨界系を研究するための、実用的な方法と、最初のステップを示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The quantum critical regime marks a zone in the phase diagram where quantum fluctuation around the critical point plays a significant role at finite temperatures. While it is of great physical interest, simulation of the quantum critical regime can be difficult on a classical computer due to its intrinsic complexity. In this paper, we propose a variational approach, which minimizes the variational free energy, to simulate and locate the quantum critical regime on a quantum computer. The variational quantum algorithm adopts an ansatz by performing an unitary operator on a product of a single-qubit mixed state, in which the entropy can be analytically obtained from the initial state, and thus the free energy can be accessed conveniently. With numeral simulation, we show, using the one-dimensional Kitaev model as a demonstration, the quantum critical regime can be identified by accurately evaluating the temperature crossover line. Moreover, the dependence of both the correlation length and the phase coherence time with the temperature are evaluated for the thermal states. Our work suggests a practical way as well as a first step for investigating quantum critical systems at finite temperatures on quantum devices with few qubits.
• Abstract（参考訳）: 量子臨界レジームは、臨界点周辺の量子揺らぎが有限温度において重要な役割を果たす相図のゾーンを示す。 物理的には非常に興味深いが、量子臨界状態のシミュレーションはその固有の複雑さのために古典的なコンピュータでは困難である。 本稿では,量子コンピュータ上での量子臨界レジームをシミュレートし,同定するために,変動自由エネルギーを最小化する変分的手法を提案する。 変分量子アルゴリズムは、初期状態からエントロピーを解析的に得ることができる単一量子ビット混合状態の積上でユニタリ演算子を実行し、自由エネルギーを簡便にアクセスしてアンサッツを採用する。 数値シミュレーションにより, 1次元キタエフ模型を実演として, 温度クロスオーバー線を正確に評価することにより, 量子臨界レジームを同定できることを示した。 また,温度との相関長と位相コヒーレンス時間の両方の依存性を熱状態に対して評価した。 我々の研究は、量子臨界系を数キュービットの量子デバイス上で有限温度で探すための、実用的な方法と第一歩を示唆している。

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