論文の概要: Optimal Conversion from Classical to Quantum Randomness via Quantum Chaos

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.05181v1
• Date: Mon, 7 Oct 2024 16:41:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-01 23:49:12.254581
• Title: Optimal Conversion from Classical to Quantum Randomness via Quantum Chaos
• Title（参考訳）: 量子カオスによる古典から量子ランダムへの最適変換
• Authors: Wai-Keong Mok, Tobias Haug, Adam L. Shaw, Manuel Endres, John Preskill,
• Abstract要約: 近年提案された「深熱化」パラダイムでは、システムAのランダム量子状態は、システムBの射影測定によって生成される。 このスキームでは、投影された状態アンサンブルのランダム性は、Bの測定時の結果の固有のランダム性から生じる。 一般カオス系の場合、この変換は古典エントロピーの各ビットがBに余分な量子ビットを加えるのと同じくらい多くの量子ランダム性を生成するという点で最適であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum many-body systems provide a unique platform for exploring the rich interplay between chaos, randomness, and complexity. In a recently proposed paradigm known as deep thermalization, random quantum states of system A are generated by performing projective measurements on system B following chaotic Hamiltonian evolution acting jointly on AB. In this scheme, the randomness of the projected state ensemble arises from the intrinsic randomness of the outcomes when B is measured. Here we propose a modified scheme, in which classical randomness injected during the protocol is converted by quantum chaos into quantum randomness of the resulting state ensemble. We show that for generic chaotic systems this conversion is optimal in that each bit of injected classical entropy generates as much additional quantum randomness as adding an extra qubit to B. This significantly enhances the randomness of the projected ensemble without imposing additional demands on the quantum hardware. Our scheme can be easily implemented on typical analog quantum simulators, providing a more scalable route for generating quantum randomness valuable for many applications. In particular, we demonstrate that the accuracy of a shadow tomography protocol can be substantially improved.
• Abstract（参考訳）: 量子多体システムは、カオス、ランダム性、複雑さの間の豊富な相互作用を探索するためのユニークなプラットフォームを提供する。 近年提案された「深熱化」パラダイムでは、システムAのランダム量子状態は、ABに協調して作用するカオスハミルトニアン進化の後、システムBの射影測定を行うことによって生成される。 このスキームでは、投影された状態アンサンブルのランダム性は、Bの測定時の結果の固有のランダム性から生じる。 ここでは、プロトコル中に古典的ランダム性を量子カオスによって量子ランダムに変換し、結果として生じる状態アンサンブルの量子ランダム性に変換する修正スキームを提案する。 一般的なカオスシステムにおいて、この変換は古典エントロピーの各ビットがBに余分な量子ビットを加えるのと同じくらい多くの量子ランダム性を生成するのに最適であることを示す。 提案手法は典型的なアナログ量子シミュレータ上で容易に実装でき、多くのアプリケーションに有用な量子ランダム性を生成するためのよりスケーラブルな経路を提供する。 特に,シャドウトモグラフィープロトコルの精度を大幅に向上できることを示す。

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