論文の概要: Graph-State Circuit Blocks control Entanglement and Scrambling Velocities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.11076v1
• Date: Mon, 11 May 2026 18:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-13 21:48:56.339056
• Title: Graph-State Circuit Blocks control Entanglement and Scrambling Velocities
• Title（参考訳）: Graph-State Circuit Blocks Control Entanglement and Scrambling Velocities
• Authors: Chandana Rao, Himanshu Sahu, Aranya Bhattacharya, Suhail Ahmad Rather, Mario Flory, Zahra Raissi,
• Abstract要約: 多部回路プリミティブの内部構造が絡み合い率に大きく影響を与えることを示す。 我々は、固定された$n$-qubitグラフ状態準備ユニタリから構築されたクリフォード量子回路の、正確にシミュレート可能な族を研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.009020554443775785
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Random circuit models often describe local dynamics using generic two-qubit gates, which have proven successful in capturing entanglement growth and operator spreading in many contexts. This approach naturally leads to the expectation that detailed gate structure plays only a limited role in coarse-grained entanglement and scrambling diagnostics. We show that the internal structure of multipartite circuit primitives can significantly influence these dynamical rates, even within a fixed random-circuit architecture. To investigate this, we study an exactly simulable family of Clifford quantum circuits built from fixed $n$-qubit graph-state preparation unitaries, which we treat as elementary building blocks. Specifically, we consider a one-dimensional chain of $N$ qubits initialized in a product state and evolved by layers in which nonoverlapping length-$n$ blocks are placed at uniformly random positions with sparsity $α$. We find that different choices of graph-state building blocks lead to strongly varying dynamical rates. Graph states that are inequivalent under local Clifford (LC) transformations generate sharply different entanglement velocities $v_E$ and butterfly velocities $v_B$, even though the circuits are drawn from the same ensemble with identical architecture and randomness parameters. We further show that this hierarchy is captured by two complementary block-level characteristics: the distribution of entanglement across internal bipartitions of the graph state, which correlates with $v_E$, and a graph-theoretic connectivity profile across bipartitions, which correlates with $v_B$. Neither descriptor alone fully determines the dynamics; rather, entanglement growth and operator spreading are controlled by distinct structural features of the local circuit blocks. Notably, AME states appear among the fastest scrambling building blocks within the ensembles studied here.
• Abstract（参考訳）: ランダム回路モデルは、一般的な2ビットゲートを用いて局所力学を記述し、多くの文脈において絡み合う成長と作用素の拡散を捉えることに成功している。 このアプローチは、詳細なゲート構造が粗粒の絡み合いやスクランブル診断において限られた役割しか果たさないという期待に自然に結びつく。 固定されたランダム回路アーキテクチャにおいても,マルチパーティライト回路プリミティブの内部構造がこれらの動的速度に大きな影響を与えることを示す。 そこで本研究では,固定された$n$-qubitグラフ状態準備ユニタリから構築したクリフォード量子回路の,正確にシミュレート可能なファミリについて検討する。 具体的には、積状態において初期化された1次元の$N$ qubitsの鎖を、重複しない長さ-$n$ブロックがスパーシティ$α$のランダムな位置に配置される層によって発展させる。 グラフ状態構築ブロックの異なる選択は、強く変化する動的レートをもたらす。 局所クリフォード変換(LC)では等価でないグラフは、同じアンサンブルから同じアーキテクチャとランダム性パラメータで引き出されるにもかかわらず、急激な異なる絡み合い速度$v_E$とバターフライ速度$v_B$を生成する。 さらに、この階層は、グラフ状態の内部分割にまたがる絡み合いの分布と、$v_E$と相関するグラフ理論接続プロファイルと、$v_B$と相関するグラフ理論接続プロファイルの2つの相補的なブロックレベル特性によってもたらされることを示す。 いずれの記述子も動力学を完全に決定せず、むしろ絡み合い成長と演算子拡散は局所回路ブロックの構造的特徴によって制御される。 特に、AME状態は、ここで研究されているアンサンブルの中で最速のスクランブルビルディングブロックの中に現れます。

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