論文の概要: Digital dissipative state preparation for frustration-free gapless quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.10119v1
• Date: Tue, 10 Mar 2026 18:00:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-12 16:22:32.640511
• Title: Digital dissipative state preparation for frustration-free gapless quantum systems
• Title（参考訳）: フラストレーションフリーギャップレス量子システムのためのディジタル散逸状態準備
• Authors: Johannes Feldmeier, Yu-Jie Liu, Mikhail D. Lukin, Soonwon Choi,
• Abstract要約: フラストレーションのないギャップレスシステムに対して,局所指数測定とユニタリフィードバックを用いたプロトコルを提案する。 単一粒子のダイナミックスに対するプロトコルの性能を解析的に示す。 この機構は準粒子の物理に基づいて多体系に一般化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.198701948906477
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Preparing algebraically correlated ground states of quantum many-body systems is an important, yet challenging task for quantum simulation. We introduce a protocol that employs local projective measurements and unitary feedback for frustration-free gapless systems. Our approach prepares a priori unknown ground states in time that scales polynomially with system size. We analytically show the performance our protocol for the dynamics of a single-particle; we argue the same mechanism generalizes to many-body systems based on the physics of quasiparticles. Our theory predicts that a transient cooling dynamics directly reveals the system's universal critical properties. In particular, the state preparation time is linear in the inverse of the finite-size gap (up to log correction) when the system's dynamical critical exponent is larger or equal the effective spatial dimension explored by the quasiparticles. We verify these predictions in numerical simulations of ferromagnetic Heisenberg models in one- and two dimensions, a Fredkin spin chain, and a two-dimensional model of resonating valence bond states. Our protocol stabilizes gapless many-body ground states fully digitally without requiring analog rotations, enabling access to high-fidelity states beyond conventional adiabatic approaches in near-term experiments.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系の代数的相関基底状態の準備は、量子シミュレーションにとって重要な、しかし難しい課題である。 フラストレーションのないギャップレスシステムに対して,局所的射影測定と一元的フィードバックを利用するプロトコルを提案する。 提案手法は,システムサイズと多項式的にスケールする事前未知基底状態を作成する。 我々は, 単一粒子の力学のプロトコルの性能を解析的に示すとともに, 準粒子の物理に基づく多体系への一般化について論じる。 我々の理論は、過渡冷却力学が系の普遍的臨界特性を直接明らかにすることを予測している。 特に、系の動的臨界指数が大きい場合や準粒子によって探索された有効空間次元が等しい場合、状態準備時間は有限サイズギャップの逆(対数補正まで)で線形である。 強磁性ハイゼンベルク模型の1次元および2次元、フレドキンスピン鎖、共鳴原子価結合状態の2次元モデルにおいて、これらの予測を数値シミュレーションで検証する。 提案プロトコルは,アナログ回転を必要とせず,多体間隙のない状態を完全にデジタル的に安定化し,従来の断熱的アプローチを超える高忠実性状態への近距離実験を可能にする。

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