論文の概要: Pseudochaotic Many-Body Dynamics as a Pseudorandom State Generator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.21268v2
• Date: Wed, 23 Jul 2025 10:51:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-24 14:06:48.877203
• Title: Pseudochaotic Many-Body Dynamics as a Pseudorandom State Generator
• Title（参考訳）: Pseudochaotic Many-Body Dynamics as a Pseudorom State Generator (特集 バイオサイバネティックスとバイオサイバネティックス)
• Authors: Wonjun Lee, Hyukjoon Kwon, Gil Young Cho,
• Abstract要約: 我々は、擬似カオス力学と呼ばれる新しい量子多体力学のクラスを導入する。 この結果は、真の量子カオスと計算的に区別できない新しい量子力学の発見を構成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.835366072870476
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum chaos is central to understanding quantum dynamics and is crucial for generating random quantum states, a key resource for quantum information tasks. In this work, we introduce a new class of quantum many-body dynamics, termed pseudochaotic dynamics. Although distinct from chaotic dynamics, out-of-time-ordered correlators, the key indicators of quantum chaos, fail to distinguish them. Moreover, pseudochaotic dynamics generates pseudorandom states that are computationally indistinguishable from Haar-random states. We construct pseudochaotic dynamics by embedding a smaller $k$-qubit subsystem into a larger $n$-qubit system. We demonstrate that a subsystem of size $k=\omega(\log n)$ is sufficient to induce pseudochaotic behavior in the entire $n$-qubit system. Furthermore, we construct a quantum circuit exhibiting pseudochaotic dynamics and demonstrate that it generates pseudorandom states within $\mathrm{polylog}(n)$ depth. In summary, our results constitute the discovery of new quantum dynamics that are computationally indistinguishable from genuine quantum chaos, which provides efficient routes to generate useful pseudorandom states.
• Abstract（参考訳）: 量子カオスは量子力学の理解の中心であり、量子情報処理の重要なリソースであるランダムな量子状態の生成に不可欠である。 本研究では、量子多体力学の新しいクラス、擬似カオス力学を導入する。 カオス力学とは違い、時間外順序付き相関器は量子カオスの重要な指標であるが、それらを区別することができない。 さらに、擬似カオス力学は、ハールランダム状態と計算的に区別できない擬似ランダム状態を生成する。 より小さな$k$-qubitサブシステムをより大きな$n$-qubitシステムに埋め込むことで擬似カオス力学を構築する。 我々は、$k=\omega(\log n)$のサブシステムが、$n$-qubitシステム全体の擬カオス挙動を誘導するのに十分であることを示した。 さらに、擬似カオス力学を示す量子回路を構築し、$\mathrm{polylog}(n)$ depth内で擬似ランダム状態を生成することを示す。 まとめると、本研究は、真に量子カオスと計算的に区別できない新しい量子力学の発見を構成し、有用な擬似ランダム状態を生成する効率的な経路を提供する。

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