論文の概要: First Hitting Times on a Quantum Computer: Topological Effects and Dark States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.15843v1
• Date: Sat, 24 Feb 2024 15:59:25 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-27 16:41:54.269660
• Title: First Hitting Times on a Quantum Computer: Topological Effects and Dark States
• Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける最初のハッティングタイム:トポロジカル効果と暗黒状態
• Authors: Qingyuan Wang, Silin Ren, Ruoyu Yin, Klaus Ziegler, Eli Barkai, and Sabine Tornow
• Abstract要約: 複雑なエッジ重みを持つ有向三角形グラフで表されるリング上の量子ウォークを、量子ウォークが検出されるまで一定の速度で監視する。 最初の打時統計は、単体力学を用いて、分光学的に観測によって記録される。 研究中のIBM量子コンピュータでは、監視された量子ウォークの最初のヒット時間はノイズに耐性があることを結論付けている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.352425155225249
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate a quantum walk on a ring represented by a directed triangle graph with complex edge weights and monitored at a constant rate until the quantum walker is detected. To this end, the first hitting time statistics is recorded using unitary dynamics interspersed stroboscopically by measurements, which is implemented on IBM quantum computers with a midcircuit readout option. Unlike classical hitting times, the statistical aspect of the problem depends on the way we construct the measured path, an effect that we quantify experimentally. First, we experimentally verify the theoretical prediction that the mean return time to a target state is quantized, with abrupt discontinuities found for specific sampling times and other control parameters, which has a well-known topological interpretation. Second, depending on the initial state, system parameters, and measurement protocol, the detection probability can be less than one or even zero, which is related to dark-state physics. Both, return-time quantization and the appearance of the dark states are related to degeneracies in the eigenvalues of the unitary time evolution operator. We conclude that, for the IBM quantum computer under study, the first hitting times of monitored quantum walks are resilient to noise. Yet, finite resolution effects lead to new topological, chirality, and broadening effects, which disappear in the asymptotic theory with an infinite number of measurements. Our results point the way for the development of novel quantum walk algorithms that exploit measurement-induced effects on quantum computers.
• Abstract（参考訳）: 複雑なエッジ重みを持つ有向三角形グラフで表される環上の量子ウォークを解析し、量子ウォーカーが検出されるまで一定速度で監視する。 この目的のために、最初のヒットタイム統計を、ストロボスコープで干渉するユニタリダイナミクスを用いて記録し、ミッドサーキット読み出しオプションでibm量子コンピュータに実装する。 古典的な打撃時間とは異なり、問題の統計的側面は、測定された経路を構築する方法に依存する。 まず,対象状態への平均戻り時間が定量化されるという理論的予測を実験的に検証し,特定のサンプリング時間や他の制御パラメータに突然の不連続性を見出した。 第二に、初期状態、系パラメータ、測定プロトコルによって、検出確率は1つか0つ以下であり、ダーク状態物理学に関連している。 帰還時間量子化と暗黒状態の出現は、ユニタリ時間進化作用素の固有値における退化と関連している。 研究中のIBM量子コンピュータでは、監視された量子ウォークの最初のヒット時間はノイズに耐性があることを結論付けている。 しかし、有限分解効果は新たなトポロジカル、キラリティ、拡張効果をもたらし、これは無症状理論において無限の測定値で消える。 本研究は, 量子コンピュータに計測誘起効果を応用した新しい量子ウォークアルゴリズムの開発方法を示す。

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