論文の概要: Constructive interference at the edge of quantum ergodic dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10191v1
• Date: Wed, 11 Jun 2025 21:29:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.466513
• Title: Constructive interference at the edge of quantum ergodic dynamics
• Title（参考訳）: 量子エルゴード力学の端における構成的干渉
• Authors: Dmitry A. Abanin, Rajeev Acharya, Laleh Aghababaie-Beni, Georg Aigeldinger, Ashok Ajoy, Ross Alcaraz, Igor Aleiner, Trond I. Andersen, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Nikita Astrakhantsev, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Brian Ballard, Joseph C. Bardin, Christian Bengs, Andreas Bengtsson, Alexander Bilmes, Sergio Boixo, Gina Bortoli, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Dylan Bowers, Leon Brill, Michael Broughton, David A. Browne, Brett Buchea, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Anthony Cabrera, Juan Campero, Hung-Shen Chang, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Liang-Ying Chih, Desmond Chik, Charina Chou, Jahan Claes, Agnetta Y. Cleland, Josh Cogan, Saul Cohen, Roberto Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Ben Curtin, Sayan Das, Laura De Lorenzo, Dripto M. Debroy, Sean Demura, Michel Devoret, Agustin Di Paolo, Paul Donohoe, Ilya Drozdov, Andrew Dunsworth, Clint Earle, Alec Eickbusch, Aviv Moshe Elbag, Mahmoud Elzouka, Catherine Erickson, Lara Faoro, Edward Farhi, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Ebrahim Forati, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Suhas Ganjam, Gonzalo Garcia, Robert Gasca, Elie Genois, William Giang, Craig Gidney, Dar Gilboa, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Dietrich Graumann, Alex Greene, Jonathan A. Gross, Hanfeng Gu, Steve Habegger, John Hall, Ikko Hamamura, Michael C. Hamilton, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Stephen Heslin, Paula Heu, Oscar Higgott, Gordon Hill, Jeremy Hilton, Sabrina Hong, Hsin-Yuan Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Lev B. Ioffe, Sergei V. Isakov, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Xiaoxuan Jin, Cody Jones, Stephen Jordan, Chaitali Joshi, Pavol Juhas, Andreas Kabel, Dvir Kafri, Hui Kang, Amir H. Karamlou, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Trupti Khaire, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, Seon Kim, Robbie King, Paul V. Klimov, Andrey R. Klots, Bryce Kobrin, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, Robin Kothari, John Mark Kreikebaum, Vladislav D. Kurilovich, Elica Kyoseva, David Landhuis, Tiano Lange-Dei, Brandon W. Langley, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Loick Le Guevel, Justin Ledford, Joonho Lee, Kenny Lee, Yuri D. Lensky, Shannon Leon, Brian J. Lester, Wing Yan Li, Alexander T. Lill, Wayne Liu, William P. Livingston, Aditya Locharla, Erik Lucero, Daniel Lundahl, Aaron Lunt, Sid Madhuk, Fionn D. Malone, Ashley Maloney, Salvatore Mandra, James M. Manyika, Leigh S. Martin, Orion Martin, Steven Martin, Yossi Matias, Cameron Maxfield, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Seneca Meeks, Anthony Megrant, Xiao Mi, Kevin C. Miao, Amanda Mieszala, Reza Molavi, Sebastian Molina, Shirin Montazeri, Alexis Morvan, Ramis Movassagh, Wojciech Mruczkiewicz, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Ani Nersisyan, Hartmut Neven, Michael Newman, Jiun How Ng, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Chia-Hung Ni, Murphy Yuezhen Niu, Logan Oas, Thomas E. O'Brien, William D. Oliver, Alex Opremcak, Kristoffer Ottosson, Andre Petukhov, Alex Pizzuto, John Platt, Rebecca Potter, Orion Pritchard, Leonid P. Pryadko, Chris Quintana, Ganesh Ramachandran, Chandrasekhar Ramanathan, Matthew J. Reagor, John Redding, David M. Rhodes, Gabrielle Roberts, Eliott Rosenberg, Emma Rosenfeld, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Negar Saei, Daniel Sank, Kannan Sankaragomathi, Kevin J. Satzinger, Alexander Schmidhuber, Henry F. Schurkus, Christopher Schuster, Thomas Schuster, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Noah Shutty, Vladimir Shvarts, Volodymyr Sivak, Jindra Skruzny, Spencer Small, Vadim Smelyanskiy, W. Clarke Smith, Rolando D. Somma, Sofia Springer, George Sterling, Doug Strain, Jordan Suchard, Philippe Suchsland, Aaron Szasz, Alex Sztein, Douglas Thor, Eifu Tomita, Alfredo Torres, M. Mert Torunbalci, Abeer Vaishnav, Justin Vargas, Sergey Vdovichev, Guifre Vidal, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Steven Waltman, Shannon X. Wang, Brayden Ware, Kate Weber, Travis Weidel, Tom Westerhout, Theodore White, Kristi Wong, Bryan W. K. Woo, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Bicheng Ying, Juhwan Yoo, Noureldin Yosri, Grayson Young, Adam Zalcman, Chongwei Zhang, Yaxing Zhang, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist,
• Abstract要約: 時間外2次相関器 OTOC$(2)$ を用いてエルゴード力学を特徴付ける。 時間反転のない力学とは対照的に、OTOC$(2)$は長い時間スケールで基礎となる力学に敏感である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 116.94795372054381
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum observables in the form of few-point correlators are the key to characterizing the dynamics of quantum many-body systems. In dynamics with fast entanglement generation, quantum observables generally become insensitive to the details of the underlying dynamics at long times due to the effects of scrambling. In experimental systems, repeated time-reversal protocols have been successfully implemented to restore sensitivities of quantum observables. Using a 103-qubit superconducting quantum processor, we characterize ergodic dynamics using the second-order out-of-time-order correlators, OTOC$^{(2)}$. In contrast to dynamics without time reversal, OTOC$^{(2)}$ are observed to remain sensitive to the underlying dynamics at long time scales. Furthermore, by inserting Pauli operators during quantum evolution and randomizing the phases of Pauli strings in the Heisenberg picture, we observe substantial changes in OTOC$^{(2)}$ values. This indicates that OTOC$^{(2)}$ is dominated by constructive interference between Pauli strings that form large loops in configuration space. The observed interference mechanism endows OTOC$^{(2)}$ with a high degree of classical simulation complexity, which culminates in a set of large-scale OTOC$^{(2)}$ measurements exceeding the simulation capacity of known classical algorithms. Further supported by an example of Hamiltonian learning through OTOC$^{(2)}$, our results indicate a viable path to practical quantum advantage.
• Abstract（参考訳）: 量子オブザーバブルは、量子多体系の力学を特徴づける鍵である。 高速な絡み合い生成を持つ力学では、量子可観測物は、スクランブルの影響により、しばしば基礎となる力学の詳細に敏感になる。 実験システムでは、量子オブザーバブルの感度を回復するために、繰り返し時間反転プロトコルがうまく実装されている。 103量子ビット超伝導量子プロセッサを用いて2次外秩序相関器OTOC$^{(2)}$を用いてエルゴード力学を特徴づける。 時間反転のない力学とは対照的に、OTOC$^{(2)}$は長い時間スケールで基礎となる力学に敏感である。 さらに、量子進化中にパウリ作用素を挿入し、ハイゼンベルク図形のパウリ弦の位相をランダム化することにより、OTOC$^{(2)}$値のかなりの変化が観察される。 これは OTOC$^{(2)}$ が構成空間において大きなループを形成するパウリ弦の間の構成的干渉によって支配されることを示している。 観測された干渉機構は、OTOC$^{(2)}$を、既知の古典的アルゴリズムのシミュレーション能力を超える大規模なOTOC$^{(2)}$のセットで決定する、高度な古典的シミュレーション複雑性を持つ。 OTOC$^{(2)}$を通したハミルトン学習の例によってさらに支持された結果から,実用的な量子優位性への有効な経路が示唆された。

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