論文の概要: Quantum algorithms for cooling: a simple case study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.24330v1
• Date: Mon, 31 Mar 2025 17:19:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 14:34:33.073808
• Title: Quantum algorithms for cooling: a simple case study
• Title（参考訳）: 冷却のための量子アルゴリズム : 簡単なケーススタディ
• Authors: Daniel Molpeceres, Sirui Lu, J. Ignacio Cirac, Barbara Kraus,
• Abstract要約: 低エネルギーの量子多体状態の合成は、量子情報処理や凝縮物質物理学に幅広い応用がある。 量子冷却アルゴリズムは、変分原理や断熱原理、散逸状態の準備に基づく他の方法に代わる有望な代替手段を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.29998889086656577
• License:
• Abstract: Preparation of low-energy quantum many-body states has a wide range of applications in quantum information processing and condensed matter physics. Quantum cooling algorithms offer a promising alternative to other methods based, for instance, on variational and adiabatic principles, or on dissipative state preparation. In this work, we investigate a set of cooling algorithms in a simple, solvable fermionic model which allows us to identify the mechanisms which underlie the cooling process and, also, those which prevent it. We derive analytical expressions for the cooling dynamics, steady states, and cooling rates in the weak coupling limit. We find that multi-frequency and randomized cycle strategies can significantly enhance the performance of the quantum algorithm and circumvent some of the obstacles. We also analyze the effects of noise and evaluate the conditions under which cooling remains feasible. Furthermore, we present optimized cooling protocols that can significantly enhance cooling performance in the presence of noise. Additionally, we compare cooling and dissipative state preparation and show that, in the model analyzed here, cooling generally achieves lower energies and is more resilient to noise.
• Abstract（参考訳）: 低エネルギーの量子多体状態の合成は、量子情報処理や凝縮物質物理学に幅広い応用がある。 量子冷却アルゴリズムは、例えば変分原理や断熱原理、散逸状態の準備に基づく他の方法に代わる有望な代替手段を提供する。 本研究では, 冷却過程の基盤となる機構を同定し, 防止する機構を同定する, 単純で解決可能なフェルミオンモデルを用いて, 冷却アルゴリズムの集合について検討する。 弱結合限界における冷却力学, 定常状態, 冷却速度の解析式を導出する。 多周波・ランダム化サイクル戦略は量子アルゴリズムの性能を大幅に向上させ,障害を回避することができる。 また, 騒音の影響を解析し, 冷却可能条件の評価を行った。 さらに,騒音下での冷却性能を大幅に向上させる最適化冷却プロトコルを提案する。 さらに, 冷却と散逸状態の調製を比較し, ここで解析したモデルでは, 冷却は一般的に低エネルギーであり, 耐雑音性が高いことを示す。

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