論文の概要: Stabilization of symmetry-protected long-range entanglement in
stochastic quantum circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.13008v1
- Date: Thu, 22 Jun 2023 16:09:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-23 13:47:01.161242
- Title: Stabilization of symmetry-protected long-range entanglement in
stochastic quantum circuits
- Title（参考訳）: 確率量子回路における対称性保護長距離絡みの安定化
- Authors: Iosifina Angelidi, Marcin Szyniszewski, Arijeet Pal
- Abstract要約: ランダムに応用されたユニタリゲートと局所測定からなる1次元と2次元の量子回路を考える。
対称性生成器の出現と関連する2つの重要な時間尺度が見つかる。
双方の時間スケールを大幅に改善するエラー軽減プロトコルを考案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Long-range entangled states are vital for quantum information processing and
quantum metrology. Preparing such entangled states by combining measurements
with unitary gates has opened new possibilities for efficient protocols with
finite-depth quantum circuits. The complexity of these algorithms is crucial
for the resource requirements on a quantum device. The stability of the
preparation protocols to perturbations decides the fate of their implementation
in large-scale noisy quantum devices. In this work, we consider stochastic
quantum circuits in one and two dimensions consisting of randomly applied
unitary gates and local measurements. These quantum operations preserve a class
of discrete local symmetries, which can be broken due to the stochasticity
arising from timing and gate imperfections. In the absence of randomness, the
protocol is known to generate a symmetry-protected long-range entangled state
in a finite-depth circuit. In the general case, by studying the time evolution
under this hybrid quantum circuit, we analyze the time to reach the target
entangled state. We find two important time scales which we associate with the
emergence of certain symmetry generators. The quantum trajectories embody the
local symmetry with a time that scales logarithmically with system size,
whereas global symmetries require exponentially long times to appear. We devise
error-mitigation protocols that provide significant improvement on both time
scales and investigate the stability of the algorithm to perturbations that
naturally arise in experiments. We also generalize the protocol to realize the
toric code and Xu-Moore states in two dimensions, and open avenues for future
studies of anyonic excitations present in those systems. Our work paves the way
for efficient error correction for quantum state preparation.
- Abstract（参考訳）: 長距離の絡み合った状態は、量子情報処理と量子計測に不可欠である。
このような絡み合った状態をユニタリゲートと組み合わせることで、有限深さ量子回路を用いた効率的なプロトコルの新たな可能性を開いた。
これらのアルゴリズムの複雑さは、量子デバイス上のリソース要求に不可欠である。
摂動に対する準備プロトコルの安定性は、大規模な雑音量子デバイスにおける実装の運命を決定する。
本研究では, 1次元と2次元の確率量子回路を, ランダムに応用されたユニタリゲートと局所測定により検討する。
これらの量子演算は離散局所対称性のクラスを保存し、タイミングとゲートの不完全性から生じる確率性のために分解することができる。
ランダム性がない場合、プロトコルは有限深さ回路において対称に保護された長距離絡み合い状態を生成することが知られている。
一般に、このハイブリッド量子回路下での時間発展を研究することで、対象の絡み合った状態に到達する時間を分析する。
対称性生成器の出現と関連する2つの重要な時間尺度が見つかる。
量子軌道はシステムサイズと対数的にスケールする時間で局所対称性を具現化するが、大域対称性は指数的に長い時間を要する。
時間スケールの両方において大きな改善をもたらす誤り緩和プロトコルを考案し、実験で自然に発生する摂動に対するアルゴリズムの安定性について検討する。
また,2次元のトーリック符号とxu-ムーア状態を実現するプロトコルを一般化し,それらのシステムに存在するエノニック励起の今後の研究への道を開く。
我々の研究は、量子状態形成のための効率的な誤り訂正の道を開く。
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