論文の概要: Exploring Large-Scale Entanglement in Quantum Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.00057v1
- Date: Wed, 31 May 2023 18:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-02 20:18:12.651789
- Title: Exploring Large-Scale Entanglement in Quantum Simulation
- Title（参考訳）: 量子シミュレーションにおける大規模絡み合いの探索
- Authors: Manoj K. Joshi, Christian Kokail, Rick van Bijnen, Florian Kranzl,
Torsten V. Zache, Rainer Blatt, Christian F. Roos, Peter Zoller
- Abstract要約: 絡み合い(英: entanglement)は、量子多体系の区別される特徴である。
ここでは、ハミルトニアンの絡み合いに基づく絡み合いの実験的研究を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Entanglement is a distinguishing feature of quantum many-body systems, and
uncovering the entanglement structure for large particle numbers in quantum
simulation experiments is a fundamental challenge in quantum information
science. Here we perform experimental investigations of entanglement based on
the entanglement Hamiltonian, as an effective description of the reduced
density operator for large subsystems. We prepare ground and excited states of
a 1D XXZ Heisenberg chain on a 51-ion programmable quantum simulator and
perform sample-efficient `learning' of the entanglement Hamiltonian for
subsystems of up to 20 lattice sites. Our experiments provide compelling
evidence for a local structure of the entanglement Hamiltonian. This
observation marks the first instance of confirming the fundamental predictions
of quantum field theory by Bisognano and Wichmann, adapted to lattice models
that represent correlated quantum matter. The reduced state takes the form of a
Gibbs ensemble, with a spatially-varying temperature profile as a signature of
entanglement. Our results also show the transition from area to volume-law
scaling of Von Neumann entanglement entropies from ground to excited states. As
we venture towards achieving quantum advantage, we anticipate that our findings
and methods have wide-ranging applicability to revealing and understanding
entanglement in many-body problems with local interactions including higher
spatial dimensions.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いは量子多体系の特徴であり、量子シミュレーション実験における大きな粒子数の絡み合い構造を明らかにすることは量子情報科学における根本的な課題である。
本研究では, エンタングルメント・ハミルトニアンに基づくエンタングルメントの実験的検討を行い, 大規模サブシステムに対する還元密度作用素の有効性について述べる。
我々は51イオンプログラマブル量子シミュレータ上で1D XXZハイゼンベルク鎖の基底および励起状態を作成し、最大20個の格子サイトのサブシステムに対して、絡み合いハミルトンのサンプル効率の「学習」を行う。
我々の実験は、ハミルトニアンの絡み合いの局所構造に関する説得力のある証拠を提供する。
この観測は、相関量子物質を表す格子モデルに適応したビソニャーノとヴィヒマンによる量子論の基本的な予測を確認する最初の例である。
縮小状態はギブスアンサンブルの形をしており、空間的に変化する温度プロファイルは絡み合いのサインである。
また,フォン・ノイマンのエンタングルメントエントロピーの面積から体積則スケーリングへの遷移についても明らかにした。
量子アドバンテージの実現を目指す中で、我々の発見と手法は、より高い空間次元を含む局所的な相互作用を伴う多体問題における絡み合いの解明と理解に広く適用できると予測している。
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