論文の概要: Information exchange symmetry breaking in quantum-enhanced experiments

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.03061v1
• Date: Wed, 4 Oct 2023 18:00:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-06 20:52:44.878309
• Title: Information exchange symmetry breaking in quantum-enhanced experiments
• Title（参考訳）: 量子化実験における情報交換対称性の破れ
• Authors: Shane P. Kelly and Jamir Marino
• Abstract要約: 量子情報を興味あるシステムから変換し、量子コンピュータで処理する量子強化実験は、サンプリングタスクにおいて指数関数的優位性を持つ可能性がある。 我々は、従来の実験で発生する測定誘起相転移(MIPT)と同様に、量子化実験も絡み合い相転移を示すことを実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A quantum-enhanced experiment, in which quantum information is transduced from a system of interest and processed on a quantum computer, has the possibility of exponential advantage in sampling tasks over a traditional experiment, in which only the measurement outcomes of projective or weak measurements are stored on a classical computer. In this work, we demonstrate that, similar to the measurement induced phase transition~(MIPT) occurring in traditional experiments, quantum-enhanced experiments can also show entanglement phase transitions. We identify an information exchange symmetry which is spontaneously broken both in the MIPT and in a class of quantum-enhanced experiments obeying this symmetry. The symmetry requires that the information recorded in the classical or quantum computer is as informative about the dynamics of the system as the information lost into the environment. We introduce a noisy transduction operation, and show that it satisfies this symmetry. The noisy transduction operation acts independently on two qubits, recording the quantum state of one qubit in the measurement apparatus, while erasing the quantum state of the other qubit with the environment. We then construct a random brickwork circuit which shows an entanglement transition tuned by the rate of noisy transduction operations. The symmetric phase of such transition is characterized by area law entanglement, where the subsystem entropy conditioned on the quantum states in the apparatus does not scale with system size, while the symmetry broken phase is characterized by volume law scaling entanglement. Our work introduces a quantum generalization of the MIPT entanglement transitions, and provides a unified framework to understand both as a spontaneous symmetry breaking of the information exchange symmetry.
• Abstract（参考訳）: 量子情報が興味のあるシステムから変換され、量子コンピュータで処理される量子エンハンス実験は、従来の実験よりもサンプリングタスクにおいて指数関数的に有利となる可能性を持ち、射影的または弱い測定結果のみを古典的コンピュータに格納する。 本研究は,従来の実験で発生する測定誘起相転移-(mipt)と同様に,量子エンハンシング実験も絡み合い相転移を示すことができることを実証する。 我々は,miptと量子エンハンシング実験の両方において自発的に破断される情報交換対称性を同定する。 対称性は、古典的または量子コンピュータに記録された情報は、環境に失われる情報と同じくらい、システムのダイナミクスについて情報を必要とする。 雑音伝達演算を導入し、この対称性を満たすことを示す。 ノイズ伝達動作は2つの量子ビットに対して独立に作用し、測定装置内の1つの量子ビットの量子状態を記録し、他の量子ビットの量子状態を環境に消去する。 次に,雑音伝達の速度によって調整された絡み合い遷移を示すランダムなブロックワーク回路を構築する。 このような遷移の対称位相は領域法エンタングルメントによって特徴づけられ、装置内の量子状態に条件付けられたサブシステムエントロピーはシステムサイズとスケールしないが、対称性の破れした位相は体積法スケーリングエンタングルメントによって特徴づけられる。 本研究は,miptエンタングルメント遷移の量子一般化を導入し,情報交換対称性の自発的対称性の破れとして理解するための統一フレームワークを提供する。

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