論文の概要: Observation of the non-Hermitian skin effect and Fermi skin on a digital quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.10143v1
• Date: Thu, 16 Nov 2023 19:00:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-22 15:36:56.126925
• Title: Observation of the non-Hermitian skin effect and Fermi skin on a digital quantum computer
• Title（参考訳）: デジタル量子コンピュータにおける非エルミート皮膚効果とフェルミ皮膚の観察
• Authors: Ruizhe Shen, Tianqi Chen, Bo Yang, Ching Hua Lee
• Abstract要約: 汎用量子プロセッサ上での非エルミタンスキン効果(NHSE)の最初の観測を報告する。 複数のアンシラ量子ビットを選択後,このような非単体手術が体系的に実現可能であることを示す。 我々の研究は、今日の量子コンピュータにおける非エルミート格子現象の量子シミュレーションにおける重要なマイルストーンである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.29645407851839
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Non-Hermitian physics has attracted considerable attention in the recent years, in particular the non-Hermitian skin effect (NHSE) for its extreme sensitivity and non-locality. While the NHSE has been physically observed in various classical metamaterials and even ultracold atomic arrays, its highly-nontrivial implications in many-body dynamics have never been experimentally investigated. In this work, we report the first observation of the NHSE on a universal quantum processor, as well as its characteristic but elusive Fermi skin from many-fermion statistics. To implement NHSE dynamics on a quantum computer, the effective time-evolution circuit not only needs to be non-reciprocal and non-unitary, but must also be scaled up to a sufficient number of lattice qubits to achieve spatial non-locality. We show how such a non-unitary operation can be systematically realized by post-selecting multiple ancilla qubits, as demonstrated through two paradigmatic non-reciprocal models on a noisy IBM quantum processor, with clear signatures of asymmetric spatial propagation and many-body Fermi skin accumulation. To minimize errors from inevitable device noise, time evolution is performed using a trainable optimized quantum circuit produced with variational quantum algorithms. Our study represents a critical milestone in the quantum simulation of non-Hermitian lattice phenomena on present-day quantum computers, and can be readily generalized to more sophisticated many-body models with the remarkable programmability of quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 非エルミート物理学は近年、特に極度感度と非局所性に対する非エルミート皮膚効果(NHSE)に大きな注目を集めている。 NHSEは様々な古典的メタマテリアルや超低温原子配列で物理的に観察されているが、多体力学における非常に非自明な影響は実験的に研究されていない。 本研究では,汎用量子プロセッサ上でnhseを初めて観測し,その特性について報告する。 量子コンピュータ上でnhseダイナミクスを実装するには、有効な時間発展回路は非相反的かつ非ユニタリであるだけでなく、空間的非局所性を達成するために十分な数の格子量子ビットまでスケールする必要がある。 本稿では,無対称空間伝搬と多体フェルミ皮膚の蓄積の明確なシグネチャを持つ,うるさいibm量子プロセッサ上の2つのパラダイム的非相反モデルを用いて,複数のアンシラキュービットを後選択することにより,そのような非ユニタリ操作が系統的に実現可能であることを示す。 不可避なデバイスノイズからの誤差を最小限に抑えるために、変分量子アルゴリズムで生成された学習可能な最適化量子回路を用いて時間発展を行う。 本研究は、現在の量子コンピュータにおける非エルミート格子現象の量子シミュレーションにおける重要なマイルストーンであり、量子コンピュータの顕著なプログラム性を持つより洗練された多体モデルに容易に一般化することができる。

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