論文の概要: Inverse Hamiltonian design of highly-entangled quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.15802v1
• Date: Sat, 24 Feb 2024 12:33:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-27 16:51:12.375947
• Title: Inverse Hamiltonian design of highly-entangled quantum systems
• Title（参考訳）: 高絡み合い量子系の逆ハミルトン設計
• Authors: Koji Inui and Yukitoshi Motome
• Abstract要約: 量子スピン系に自動微分を用いた逆設計手法を適用する。 本手法は, 結合依存異方性相互作用を持つキタエフモデルを自動的に検出する。 比較研究は、等方性ハイゼンベルク相互作用よりも、結合依存的な異方性相互作用が量子絡みを増幅することを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solving inverse problems to identify Hamiltonians with desired properties holds promise for the discovery of fundamental principles. In quantum systems, quantum entanglement plays a pivotal role in not only characterizing the quantum nature but also developing quantum technology like quantum computing. Nonetheless, the design principles of the quantum entanglement are yet to be clarified. Here we apply an inverse design framework using automatic differentiation to quantum spin systems, aiming to construct Hamiltonians with large quantum entanglement. We show that the method automatically finds the Kitaev model with bond-dependent anisotropic interactions, whose ground state is a quantum spin liquid, on both honeycomb and square-octagon lattices. On triangular and maple-leaf lattices with geometrical frustration, it generates numerous solutions with spatially inhomogeneous interactions rather than converging to a specific model, but it still helps to construct unprecedented models. The comparative study reveals that bond-dependent anisotropic interactions, rather than isotropic Heisenberg interactions, amplify quantum entanglement, even in systems with geometrical frustration. The present study paves the way for the automatic design of new quantum systems with desired quantum nature and functionality.
• Abstract（参考訳）: ハミルトンを望ましい性質で同定するために逆問題を解くことは、基本原理の発見を約束する。 量子システムでは、量子絡み合いは量子の性質を特徴付けるだけでなく、量子コンピューティングのような量子技術の発展において重要な役割を果たす。 それでも、量子絡みの設計原理はまだ明らかになっていない。 ここでは、量子スピン系に自動微分を用いた逆設計フレームワークを適用し、大きな量子絡みを持つハミルトン系を構築することを目的とする。 本手法は, ハニカムと正八角形格子の双方において, 基底状態が量子スピン液体である結合依存異方性相互作用を持つキタエフモデルを自動的に発見することを示す。 幾何学的フラストレーションを持つ三角形およびメープルリーフ格子上では、特定のモデルに収束するよりもむしろ空間的に不均質な相互作用を持つ多数の解を生成するが、それでも前例のないモデルを構築するのに役立つ。 比較研究は、等方的ハイゼンベルク相互作用よりも、結合依存的な異方性相互作用が幾何学的フラストレーションを持つ系においても量子絡み合いを増幅することを明らかにする。 本研究は、希望する量子の性質と機能を持つ新しい量子システムの自動設計の道を開くものである。

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