論文の概要: Two-dimensional coherent spectrum of high-spin models via a quantum computing approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.14035v2
- Date: Thu, 4 Apr 2024 21:39:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-08 18:45:22.327226
- Title: Two-dimensional coherent spectrum of high-spin models via a quantum computing approach
- Title（参考訳）: 量子コンピューティングアプローチによる高スピンモデルの2次元コヒーレントスペクトル
- Authors: Martin Mootz, Peter P. Orth, Chuankun Huang, Liang Luo, Jigang Wang, Yong-Xin Yao,
- Abstract要約: 本稿では,高スピンモデルの2次元コヒーレントスペクトル(2DCS)を計算するための量子コンピューティング手法を提案する。
得られた2DCSスペクトルは、未摂動ハミルトニアンの異なる固有状態間の遷移から生じるマグノン周波数の倍数の異なるピークを示す。
量子ハイスピンモデルの2DCSにおける高調波発生信号の観測強度は実験データとよく一致し, 対応する平均場よりも顕著に向上した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5079040627982536
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present and benchmark a quantum computing approach to calculate the two-dimensional coherent spectrum (2DCS) of high-spin models. Our approach is based on simulating their real-time dynamics in the presence of several magnetic field pulses, which are spaced in time. We utilize the adaptive variational quantum dynamics simulation (AVQDS) algorithm for the study due to its compact circuits, which enables simulations over sufficiently long times to achieve the required resolution in frequency space. Specifically, we consider an antiferromagnetic quantum spin model that incorporates Dzyaloshinskii-Moriya interactions and single-ion anisotropy. The obtained 2DCS spectra exhibit distinct peaks at multiples of the magnon frequency, arising from transitions between different eigenstates of the unperturbed Hamiltonian. By comparing the one-dimensional coherent spectrum with 2DCS, we demonstrate that 2DCS provides a higher resolution of the energy spectrum. We further investigate how the quantum resources scale with the magnitude of the spin using two different binary encodings of the high-spin operators: the standard binary encoding and the Gray code. At low magnetic fields both encodings require comparable quantum resources, but at larger field strengths the Gray code is advantageous. Lastly, we compare the numerical 2DCS with experimental results on a rare-earth orthoferrite system. The observed strength of the magnonic high-harmonic generation signals in the 2DCS of the quantum high-spin model aligns well with the experimental data, showing significant improvement over the corresponding mean-field results.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,高スピンモデルの2次元コヒーレントスペクトル(2DCS)を計算するための量子コンピューティング手法を提案する。
本手法は,数個の磁場パルスの存在下でのリアルタイムダイナミクスのシミュレーションに基づく。
適応型変動量子力学シミュレーション(AVQDS)アルゴリズムを,その小型回路による研究に利用し,周波数空間の必要な分解能を達成するために,十分に長時間のシミュレーションを可能にする。
具体的には、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用と単一イオン異方性を含む反強磁性量子スピンモデルを考える。
得られた2DCSスペクトルは、未摂動ハミルトニアンの異なる固有状態間の遷移から生じるマグノン周波数の倍数の異なるピークを示す。
1次元コヒーレントスペクトルを2DCSと比較することにより、2DCSがエネルギースペクトルの高分解能を提供することを示す。
さらに、高スピン演算子の2つの異なるバイナリエンコーディング(標準バイナリエンコーディングとグレイ符号)を用いて、スピンの大きさで量子資源がスケールする方法について検討する。
低磁場では、両方の符号化は同等の量子資源を必要とするが、より大きな磁場ではグレイ符号が有利である。
最後に,2DCSの数値計算結果と希土類オルソフェリットを用いた実験結果を比較した。
量子ハイスピンモデルの2DCSにおける高調波発生信号の観測強度は実験データとよく一致し, 対応する平均場よりも顕著に向上した。
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