論文の概要: Capturing the Page Curve and Entanglement Dynamics of Black Holes in Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15180v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 18:53:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-20 13:29:30.939802
- Title: Capturing the Page Curve and Entanglement Dynamics of Black Holes in Quantum Computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける黒穴のページ曲線と絡み合いのダイナミクス
- Authors: Talal Ahmed Chowdhury, Kwangmin Yu, Muhammad Asaduzzaman, Raza Sabbir Sufian,
- Abstract要約: 量子コンピュータを用いて、量子ビット輸送モデルを用いてホーキング放射のエントロピーを調べる。
我々は,効率的なランダムユニタリ回路を用いて,ブラックホールのスクランブルダイナミクスの量子シミュレーションを実装した。
両エンタングルメントエントロピー測定プロトコルは数値シミュレーションにおいてR'enyiエントロピーを正確に推定するが、ランダム化測定プロトコルは、IBMの超伝導量子コンピュータにおけるスワップベースの多体干渉プロトコルよりも特に有利である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9499648210774586
- License:
- Abstract: Understanding the Page curve and resolving the black hole information puzzle in terms of the entanglement dynamics of black holes has been a key question in fundamental physics. In principle, the current quantum computing can provide insights into the entanglement dynamics of black holes within some simplified models. In this regard, we utilize quantum computers to investigate the entropy of Hawking radiation using the qubit transport model, a toy qubit model of black hole evaporation. Specifically, we implement the quantum simulation of the scrambling dynamics in black holes using an efficient random unitary circuit. Furthermore, we employ the swap-based many-body interference protocol for the first time and the randomized measurement protocol to measure the entanglement entropy of Hawking radiation qubits in IBM's superconducting quantum computers. Our findings indicate that while both entanglement entropy measurement protocols accurately estimate the R\'enyi entropy in numerical simulation, the randomized measurement protocol has a particular advantage over the swap-based many-body interference protocol in IBM's superconducting quantum computers. Finally, by incorporating quantum error mitigation techniques, we establish that the current quantum computers are robust tools for measuring the entanglement entropy of complex quantum systems and can probe black hole dynamics within simplified toy qubit models.
- Abstract（参考訳）: ブラックホールの絡み合いのダイナミクスの観点から、ページ曲線を理解し、ブラックホール情報パズルを解くことは、基礎物理学において重要な問題である。
原則として、現在の量子コンピューティングは、いくつかの単純化されたモデル内でのブラックホールの絡み合いのダイナミクスに関する洞察を与えることができる。
本研究では, 量子コンピュータを用いて, ブラックホール蒸発のおもちゃクビットモデルである qubit transport model を用いてホーキング放射のエントロピーについて検討する。
具体的には、効率的なランダムユニタリ回路を用いて、ブラックホールのスクランブルダイナミクスの量子シミュレーションを実装した。
さらに,IBMの超伝導量子コンピュータにおいて,スワップベースの多体干渉プロトコルとランダム化計測プロトコルを用いて,ホーキング放射量子ビットの絡み合いエントロピーを測定する。
両エンタングルメントエントロピー測定プロトコルは数値シミュレーションにおいてR'enyiエントロピーを正確に推定するが、ランダム化測定プロトコルは、IBMの超伝導量子コンピュータにおけるスワップベースの多体干渉プロトコルよりも特に有利である。
最後に、量子エラー軽減手法を取り入れることで、現在の量子コンピュータは複雑な量子系の絡み合いのエントロピーを測定するための堅牢なツールであり、単純化された玩具量子ビットモデル内でブラックホールのダイナミクスを探索できることを示す。
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