論文の概要: Simulating optically-active spin defects with a quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.13115v1
• Date: Tue, 21 May 2024 18:00:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-25 04:12:17.802445
• Title: Simulating optically-active spin defects with a quantum computer
• Title（参考訳）: 量子コンピュータによる光活性スピン欠陥のシミュレーション
• Authors: Jack S. Baker, Pablo A. M. Casares, Modjtaba Shokrian Zini, Jaydeep Thik, Debasish Banerjee, Chen Ling, Alain Delgado, Juan Miguel Arrazola,
• Abstract要約: 我々は、光学活性な欠陥状態とその放射放出率をシミュレートするフォールトトレラント量子アルゴリズムを開発した。 量子センサの能力を高めるために、量子コンピュータの可能性について、先見的な視点を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3011710036065325
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: There is a pressing need for more accurate computational simulations of the opto-electronic properties of defects in materials to aid in the development of quantum sensing platforms. In this work, we explore how quantum computers could be effectively utilized for this purpose. Specifically, we develop fault-tolerant quantum algorithms to simulate optically active defect states and their radiative emission rates. We employ quantum defect embedding theory to translate the Hamiltonian of a defect-containing supercell into a smaller, effective Hamiltonian that accounts for dielectric screening effects. Our approach integrates block-encoding of the dipole operator with quantum phase estimation to selectively sample the optically active excited states that exhibit the largest dipole transition amplitudes. We also provide estimates of the quantum resources required to simulate a negatively-charged boron vacancy in a hexagonal boron nitride cluster. We conclude by offering a forward-looking perspective on the potential of quantum computers to enhance quantum sensor capabilities and identify specific scenarios where quantum computing can resolve problems traditionally challenging for classical computers.
• Abstract（参考訳）: 量子センシングプラットフォームの開発を支援するため、材料中の欠陥の光電子特性のより正確な計算シミュレーションが必要である。 本研究では,この目的のために量子コンピュータを効果的に活用する方法について検討する。 具体的には、光学活性な欠陥状態とその放射放出率をシミュレートするフォールトトレラント量子アルゴリズムを開発する。 我々は、欠陥を含むスーパーセルのハミルトニアンを誘電体スクリーニング効果を考慮に入れたより小さく効果的なハミルトニアンに変換するために量子欠陥埋め込み理論を用いる。 本手法は、双極子作用素のブロックエンコーディングと量子位相推定を統合し、最大双極子遷移振幅を示す光学活性励起状態を選択的にサンプリングする。 また、六方晶窒化ホウ素クラスターにおける負電荷のホウ素空孔をシミュレートするために必要な量子資源の推定を行った。 量子コンピュータの可能性について、量子センサーの能力を高め、量子コンピューティングが従来のコンピュータでは難しい問題を解くことのできる特定のシナリオを特定するために、先見的な視点を提供する。

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