論文の概要: Probing Entanglement Scaling Across a Quantum Phase Transition on a Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18602v2
- Date: Mon, 10 Mar 2025 17:53:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-12 15:39:16.484833
- Title: Probing Entanglement Scaling Across a Quantum Phase Transition on a Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上での量子相転移におけるエンタングルメントのスケーリング
- Authors: Qiang Miao, Tianyi Wang, Kenneth R. Brown, Thomas Barthel, Marko Cetina,
- Abstract要約: 強相関量子物質の研究は、次元と複雑な絡み合い構造のために困難である。
完全結合型イオン量子コンピュータ上でのサブシステムトモグラフィーのホログラフィー手法を実装した。
サブシステムエンタングルメントエントロピーの臨界度における対数法則のスケーリングを初めて実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.856143504551289
- License:
- Abstract: The investigation of strongly-correlated quantum matter is difficult due to the curse of dimensionality and intricate entanglement structures. These challenges are particularly pronounced in the vicinity of continuous quantum phase transitions, where quantum fluctuations manifest across all length scales. While quantum simulators give controlled access to a number of strongly correlated systems, the study of critical phenomena has been hampered by finite-size effects arising from diverging correlation lengths. Moreover, the experimental investigation of entanglement in many-body systems has been hindered by limitations in measurement protocols. To address these challenges, we employ the multiscale entanglement renormalization ansatz (MERA) and implement a holographic scheme for subsystem tomography on a fully-connected trapped-ion quantum computer. Our method accurately represents infinite systems and long-range correlations with few qubits, facilitating the efficient extraction of observables and entanglement properties, even at criticality. We observe a quantum phase transition with spontaneous symmetry breaking and reveal the evolution of entanglement properties across the critical point. For the first time, we demonstrate log-law scaling of subsystem entanglement entropies at criticality on a digital quantum computer. This achievement highlights the potential of MERA for the investigation of strongly-correlated many-body systems on quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 強相関量子物質の研究は、次元の呪いと複雑な絡み合い構造のために困難である。
これらの課題は、全ての長さスケールにわたって量子ゆらぎが現れる連続量子相転移の近傍で特に顕著である。
量子シミュレータは、多くの強い相関系に制御されたアクセスを与えるが、臨界現象の研究は、相関長のばらつきから生じる有限サイズ効果によって妨げられている。
さらに,多体系における絡み合いの実験的研究は,測定プロトコルの限界によって妨げられている。
これらの課題に対処するために,マルチスケールエンタングルメント・リノベーション・アンサッツ (MERA) を用い,完全に接続された量子コンピュータ上でのサブシステムトモグラフィーのためのホログラフィックスキームを実装した。
本手法は, 極小の量子ビットを持つ無限系と長距離相関を正確に表現し, 臨界時においても観測可能な観測特性と絡み合い特性の効率的な抽出を容易にする。
自然対称性の破れを伴う量子相転移を観測し、臨界点を横断する絡み合い特性の進化を明らかにする。
デジタル量子コンピュータ上で,サブシステムエンタングルメントエントロピーの臨界度における対数法則スケーリングを初めて実証した。
この成果は、量子コンピュータ上での強相関多体系の研究におけるMERAの可能性を強調している。
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