論文の概要: Holographic deep thermalization: theory and experimentation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.03587v2
• Date: Thu, 16 Jan 2025 19:40:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-20 13:57:04.862992
• Title: Holographic deep thermalization: theory and experimentation
• Title（参考訳）: ホログラフィー深熱化理論と実験
• Authors: Bingzhi Zhang, Peng Xu, Xiaohui Chen, Quntao Zhuang,
• Abstract要約: 我々は,セキュアでハードウェア効率のよい量子乱数状態発生器であるホログラフィック深熱化を導入する。 スクランブル測度リセットプロセスのシーケンシャルな適用を採用することで、時間とともに空間を交換し、必要なアンシラサイズを大幅に削減する。 リソースの削減により、我々の回路ベースのIBM Quantumデバイスの実装は、合計8ドルキュービットしか利用せずに、真に5ドルキュービットのランダムな状態生成を実現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.964002546782305
• License:
• Abstract: Randomness is a cornerstone of science, underpinning fields such as statistics, information theory, dynamical systems, and thermodynamics. In quantum science, quantum randomness, especially random pure states, plays a pivotal role in fundamental questions like black hole physics and quantum complexity, as well as in practical applications such as quantum device benchmarking and quantum advantage certification. The conventional approach for generating genuine random states, called `deep thermalization', faces significant challenges, including scalability issues due to the need for a large ancilla system and susceptibility to attacks, as demonstrated in this work. We introduce holographic deep thermalization, a secure and hardware-efficient quantum random state generator. By adopting a sequential application of a scrambling-measure-reset process, it continuously trades space with time, and substantially reduces the required ancilla size to as small as a system-size independent constant; At the same time, it guarantees security by removing quantum correlation between the data system and attackers. Thanks to the resource reduction, our circuit-based implementation on IBM Quantum devices achieves genuine $5$-qubit random state generation utilizing only a total of $8$ qubits.
• Abstract（参考訳）: ランダムネス(英: Randomness)は、統計学、情報理論、力学系、熱力学などの分野の基礎となる科学の基盤である。 量子科学において、量子ランダム性(特にランダム純粋状態)は、ブラックホール物理学や量子複雑性といった基本的な問題において重要な役割を果たす。 この研究で示されているように、従来の「深熱化」と呼ばれる真のランダムな状態を生成するアプローチは、大規模なアンシラシステムが必要であり、攻撃を受けやすいため、スケーラビリティの問題など、重大な課題に直面している。 我々は,セキュアでハードウェア効率のよい量子乱数状態発生器であるホログラフィック深熱化を導入する。 スクランブル対策リセットプロセスのシーケンシャルな適用を採用することで、空間と時間とを連続的に交換し、必要なアンシラサイズをシステムサイズの独立定数に大幅に削減すると同時に、データシステムとアタッカーの間の量子相関を取り除くことでセキュリティを保証する。 リソースの削減により、我々の回路ベースのIBM Quantumデバイスの実装は、合計8ドルキュービットしか利用せずに、真に5ドルキュービットのランダムな状態生成を実現した。

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