論文の概要: Observation of a non-Hermitian supersonic mode

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.15557v1
• Date: Fri, 21 Jun 2024 18:00:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-25 21:34:03.471743
• Title: Observation of a non-Hermitian supersonic mode
• Title（参考訳）: 非エルミート超音速モードの観測
• Authors: Yuxuan Zhang, Juan Carrasquilla, Yong Baek Kim,
• Abstract要約: 非エルミート系における動的・平衡物理学の資源効率シミュレーションのための変分量子回路のパワーを実証する。 フェミオン系に対する変分量子コンパイル方式を用いて,ゲート数を削減し,キュービットを節約し,ポストセレクションの必要性を排除した。 我々は、ある初期状態からの$Theta(log(n))$時間に対する単一量子ビット非エルミート力学のシミュレートが量子コンピュータ上で指数関数的に困難であることを示す分析例を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.846670002217106
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers have long been anticipated to excel in simulating quantum many-body physics. While most previous work has focused on Hermitian physics, we demonstrate the power of variational quantum circuits for resource-efficient simulations of dynamical and equilibrium physics in non-Hermitian systems, revealing new phenomena beyond standard Hermitian quantum machines. Using a variational quantum compilation scheme for fermionic systems, we reduce gate count, save qubits, and eliminate the need for postselection, a major challenge in simulating non-Hermitian dynamics via standard Trotterization. Experimentally, we observed a supersonic mode in the connected density-density correlation function on an $ n = 18 $ fermionic chain after a non-Hermitian, locally interacting quench, which would otherwise be forbidden by the Lieb-Robinson bound in a Hermitian system. Additionally, we investigate sequential quantum circuits generated by tensor networks for ground state preparation, here defined as the eigenstate with the lowest real part eigenvalue, using a variance minimization scheme. Through a trapped-ion implementation on the Quantinuum H1 quantum processor, we accurately capture correlation functions and energies across an exceptional point on a dissipative spin chain up to length $ n = 20 $ using only 3 qubits. Motivated by these advancements, we provide an analytical example demonstrating that simulating single-qubit non-Hermitian dynamics for $\Theta(\log(n))$ time from certain initial states is exponentially hard on a quantum computer, offering insights into the opportunities and limitations of using quantum computation for simulating non-Hermitian physics.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは長い間、量子多体物理学のシミュレーションに優れていると期待されてきた。 これまでのほとんどの研究はエルミート物理学に焦点を合わせてきたが、非エルミート系の力学と平衡物理学の資源効率のシミュレーションのための変分量子回路のパワーを実証し、標準エルミート量子マシン以外の新しい現象を明らかにした。 フェルミオン系に対する変分量子コンパイル方式を用いることで、ゲート数を削減し、キュービットを節約し、ポストセレクションの必要性を排除し、標準トロッター化による非エルミチアン力学をシミュレートする大きな課題である。 実験により, 非エルミート的局所相互作用クエンチの後, n = 18$フェルミオン鎖上の連結密度密度相関関数の超音速モードが観察された。 さらに, 基底状態生成のためのテンソルネットワークによって生成される逐次量子回路について検討し, 分散最小化方式を用いて, 最小実部固有値を持つ固有状態として定義される。 量子H1量子プロセッサ上でのイオンの捕捉実装により、3量子ビットのみを用いて、散逸スピンチェーン上の例外点における相関関数とエネルギーを正確にキャプチャする。 これらの進歩に触発されて、ある初期状態からの時間は、量子コンピュータ上で指数関数的に困難であり、非エルミート物理学をシミュレートするために量子計算を使うことの機会と限界についての洞察を提供する、単量子非エルミート力学を$\Theta(\log(n))$でシミュレートする分析例を提供する。

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