論文の概要: Postselection-free experimental observation of the measurement-induced phase transition in circuits with universal gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.01735v1
• Date: Mon, 03 Feb 2025 19:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:52:43.885839
• Title: Postselection-free experimental observation of the measurement-induced phase transition in circuits with universal gates
• Title（参考訳）: ユニバーサルゲートを有する回路における測定誘起相転移の無選択実験観察
• Authors: Xiaozhou Feng, Jeremy Côté, Stefanos Kourtis, Brian Skinner,
• Abstract要約: 多体系は、システムが進化するにつれて測定される強度を調整することによって、エンタングリングとアンタングリングの動的相の間の相転移を示すことができる。 この現象は測定誘起相転移(MIPT)と呼ばれる。 単純な古典的復号法のみを用いて, ポストセレクションなしでMIPTを検出可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Monitored many-body systems can exhibit a phase transition between entangling and disentangling dynamical phases by tuning the strength of measurements made on the system as it evolves. This phenomenon is called the measurement-induced phase transition (MIPT). Understanding the properties of the MIPT is a prominent challenge for both theory and experiment at the intersection of many-body physics and quantum information. Realizing the MIPT experimentally is particularly challenging due to the postselection problem, which demands a number of experimental realizations that grows exponentially with the number of measurements made during the dynamics. Proposed approaches that circumvent the postselection problem typically rely on a classical decoding process that infers the final state based on the measurement record. But the complexity of this classical process generally also grows exponentially with the system size unless the dynamics is restricted to a fine-tuned set of unitary operators. In this work we overcome these difficulties. We construct a tree-shaped quantum circuit whose nodes are Haar-random unitary operators followed by weak measurements of tunable strength. For these circuits, we show that the MIPT can be detected without postselection using only a simple classical decoding process whose complexity grows linearly with the number of qubits. Our protocol exploits the recursive structure of tree circuits, which also enables a complete theoretical description of the MIPT, including an exact solution for its critical point and scaling behavior. We experimentally realize the MIPT on Quantinuum's H1-1 trapped-ion quantum computer and show that the experimental results are precisely described by theory. Our results close the gap between analytical theory and postselection-free experimental observation of the MIPT.
• Abstract（参考訳）: 監視された多体系は、システムが進化するにつれて測定される強度を調整することによって、絡み合う状態と引き離す状態の間の相転移を示すことができる。 この現象は測定誘起相転移(MIPT)と呼ばれる。 MIPTの特性を理解することは、多体物理学と量子情報の交差における理論と実験の両方において顕著な課題である。 MIPTを実験的に実現することはポストセレクションの問題により特に困難である。 ポストセレクション問題を回避するための提案されたアプローチは、通常、測定記録に基づいて最終状態を推測する古典的な復号法に依存している。 しかし、この古典的プロセスの複雑さは、力学が細調整されたユニタリ作用素の集合に制限されない限り、システムサイズとともに指数関数的に増大する。 この作業では、これらの困難を克服します。 本研究では,ノードがHaar-randomユニタリ演算子である木形量子回路を構築した上で,可変強度の弱い測定を行った。 これらの回路に対して、MIPTはポストセレクションなしで、量子ビット数とともに複雑性が線形に増大する単純な古典的復号法のみを用いて検出可能であることを示す。 本プロトコルでは,木回路の再帰的構造を利用してMIPTの完全な理論的記述を可能にする。 我々はQuantinuumのH1-1トラップイオン量子コンピュータ上でMIPTを実験的に実現し、実験結果が理論によって正確に記述されていることを示す。 分析理論とMIPTの無選択実験観察のギャップを埋める結果を得た。

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