論文の概要: Gauged cooling of topological excitations and emergent fermions on quantum simulators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.16082v1
• Date: Tue, 24 Oct 2023 18:00:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-26 19:01:54.841913
• Title: Gauged cooling of topological excitations and emergent fermions on quantum simulators
• Title（参考訳）: 量子シミュレータにおける位相励起と創発フェルミオンのゲージ冷却
• Authors: Gilad Kishony, Mark S. Rudner, Achim Rosch, Erez Berg
• Abstract要約: シミュレーション冷却は、量子シミュレータ上で多体ハミルトニアンの低エネルギー状態を作成するための堅牢な方法である。 領域壁を励起する量子イジングモデルの強磁性相を効率的に冷却する方法を示す。 本プロトコルは強磁性相と常磁性相の基底状態を等しく効率的に作成できることを示す。
• 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: Simulated cooling is a robust method for preparing low-energy states of many-body Hamiltonians on near-term quantum simulators. In such schemes, a subset of the simulator's spins (or qubits) are treated as a "bath," which extracts energy and entropy from the system of interest. However, such protocols are inefficient when applied to systems whose excitations are highly non-local in terms of the microscopic degrees of freedom, such as topological phases of matter; such excitations are difficult to extract by a local coupling to a bath. We explore a route to overcome this obstacle by encoding of the system's degrees of freedom into those of the quantum simulator in a non-local manner. To illustrate the approach, we show how to efficiently cool the ferromagnetic phase of the quantum Ising model, whose excitations are domain walls, via a "gauged cooling" protocol in which the Ising spins are coupled to a $Z_2$ gauge field that simultaneously acts as a reservoir for removing excitations. We show that our protocol can prepare the ground states of the ferromagnetic and paramagnetic phases equally efficiently. The gauged cooling protocol naturally extends to (interacting) fermionic systems, where it is equivalent to cooling by coupling to a fermionic bath via single-fermion hopping.
• Abstract（参考訳）: シミュレーション冷却は、短期量子シミュレータ上で多体ハミルトニアンの低エネルギー状態を作成するための堅牢な方法である。 このようなスキームでは、シミュレータのスピン(またはキュービット)のサブセットは、興味のあるシステムからエネルギーとエントロピーを抽出する「バス」として扱われる。 しかし、このようなプロトコルは、トポロジカル位相のような微視的な自由度で励起が極めて非局所的なシステムに適用される場合、非効率であり、そのような励起は浴への局所結合によって抽出することが困難である。 我々は,システムの自由度を非局所的に量子シミュレータに符号化することで,この障害を克服するための経路を探究する。 提案手法を説明するために,IsingスピンをZ_2$ゲージ場に結合し,励起を除去するための貯留体として同時に機能する"ゲージ冷却"プロトコルを用いて,励起がドメイン壁である量子Isingモデルの強磁性相を効率的に冷却する方法を示す。 本プロトコルは強磁性相と常磁性相の基底状態を等しく効率的に作成できることを示す。 ゲージ冷却プロトコルは自然に(相互作用する)フェルミオン系に拡張され、単一フェルミオンホッピングによるフェルミオン浴とのカップリングによる冷却に相当する。

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