Trajetória de emaranhamento e seu limite

Trajetória de emaranhamento e seu limite

Nó Fonte: 2515935

Ruge Lin

Centro de Pesquisa Quântica, Instituto de Inovação Tecnológica, Emirados Árabes Unidos.
Departamento de Física Quàntica i Astrofísica e Instituto de Ciências do Cosmos, Universidade de Barcelona, ​​Espanha.

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Sumário

Neste artigo, apresentamos uma nova abordagem para investigar o emaranhamento no contexto da computação quântica. Nossa metodologia envolve a análise de matrizes de densidade reduzida em diferentes estágios de execução de um algoritmo quântico e a representação do autovalor dominante e da entropia de von Neumann em um gráfico, criando uma “trajetória de emaranhamento”. Para estabelecer os limites da trajetória, empregamos a teoria da matriz aleatória. Através do exame de exemplos como a computação quântica adiabática, o algoritmo de Grover e o algoritmo de Shor, demonstramos que a trajetória de emaranhamento permanece dentro dos limites estabelecidos, exibindo características únicas para cada exemplo. Além disso, mostramos que estas fronteiras e características podem ser estendidas a trajetórias definidas por medidas alternativas de entropia. A trajetória de emaranhamento serve como uma propriedade invariante de um sistema quântico, mantendo a consistência em diversas situações e definições de emaranhamento. Simulações numéricas que acompanham esta pesquisa estão disponíveis em acesso aberto.

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► Referências

[1] Richard Jozsa e Noah Linden. Sobre o papel do emaranhamento na aceleração computacional quântica. Anais da Royal Society de Londres. Série A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenharia, DOI: 10.1098/​rspa.2002.1097.
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2002.1097

[2] Román Orús e José I Latorre. Universalidade do emaranhamento e complexidade da computação quântica. Revisão Física A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.69.052308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.052308

[3] Guifre Vidal. Simulação clássica eficiente de cálculos quânticos ligeiramente emaranhados. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.91.147902.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.91.147902

[4] David Gross, Steve T Flammia e Jens Eisert. A maioria dos estados quânticos está muito emaranhada para ser útil como recurso computacional. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.102.190501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.190501

[5] Ingemar Bengtsson e Karol Życzkowski. Geometria dos estados quânticos: uma introdução ao emaranhamento quântico. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511535048.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511535048

[6] Stavros Efthymiou, Sergi Ramos-Calderer, Carlos Bravo-Prieto, Adrián Pérez-Salinas, Diego García-Martín, Artur Garcia-Saez, José Ignacio Latorre e Stefano Carrazza. Qibo: uma estrutura para simulação quântica com aceleração de hardware. Ciência e Tecnologia Quântica, DOI: 10.1088/​2058-9565/​ac39f5.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac39f5

[7] Stavros Efthymiou, Marco Lazzarin, Andrea Pasquale e Stefano Carrazza. Simulação quântica com compilação just-in-time. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2022-09-22-814.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-09-22-814

[8] Ruge Lin. https:///​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix.
https:///​github.com/​gogoko699/​random-density-matrix

[9] Tameem Albash e Daniel A Lidar. Computação quântica adiabática. Resenhas de Física Moderna, DOI: 10.1103/​RevModPhys.90.015002.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.90.015002

[10] Neil G Dickson e MHS Amin. A otimização quântica adiabática falha em problemas np-completos? Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.106.050502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.050502

[11] Marko Žnidarič e Martin Horvat. Complexidade exponencial de um algoritmo adiabático para um problema np-completo. Revisão Física A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.73.022329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.022329

[12] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​adiabatic3sat.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​adiabatic3sat

[13] Amo K Grover. Um algoritmo de mecânica quântica rápido para pesquisa em banco de dados. Anais do vigésimo oitavo simpósio anual da ACM sobre Teoria da Computação, DOI: 10.1145/​237814.237866.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 237814.237866

[14] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​grover3sat.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​grover3sat

[15] Alexander M Dalzell, Nicola Pancotti, Earl T Campbell e Fernando GSL Brandão. Cuidado com a lacuna: Alcançar uma aceleração quântica super-grover saltando até o fim. Anais do 55º Simpósio Anual ACM sobre Teoria da Computação, DOI: 10.1145/​3564246.3585203.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3564246.3585203

[16] Thomas Dueholm Hansen, Haim Kaplan, Or Zamir e Uri Zwick. Algoritmos k-sat mais rápidos usando ppsz tendencioso. Anais do 51º Simpósio Anual ACM SIGACT sobre Teoria da Computação, DOI: 10.1145/​3313276.3316359.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316359

[17] Sergi Ramos-Calderer, Emanuele Bellini, José I Latorre, Marc Manzano e Victor Mateu. Pesquisa quântica para pré-imagens de função hash em escala. Processamento de Informação Quântica, DOI: 10.1007/​s11128-021-03118-9.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11128-021-03118-9

[18] Daniel J Bernstein. Chacha, uma variante da salsa20. Registro de oficina do SASC.
https://​/​cr.yp.to/​chacha/​chacha-20080120.pdf

[19] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples /​hash-grover.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​hash-grover

[20] Peter W Shor. Algoritmos de tempo polinomial para fatoração primária e logaritmos discretos em um computador quântico. Revisão SIAM, DOI: 10.1137/​S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[21] Vivien M Kendon e William J Munro. Emaranhamento e seu papel no algoritmo de Shor. arXiv:quant-ph/​0412140.
arXiv: quant-ph / 0412140

[22] Sergi Ramos-Calderer. https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor.
https:/​/​github.com/​qiboteam/​qibo/​tree/​master/​examples/​shor

[23] Robert B. Griffiths e Chi-Sheng Niu. Transformada de Fourier semiclássica para computação quântica. Cartas de Revisão Física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.76.3228.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.76.3228

[24] S Parker e MB Plenio. Simulações de emaranhamento do algoritmo de Shor. Journal of Modern Optics, DOI: 10.1080/​09500340110107207.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 09500340110107207

[25] Stéphane Beauregard. Circuito para o algoritmo de Shor usando $2n+3$ qubits. arXiv:quant-ph/​0205095.
arXiv: quant-ph / 0205095

[26] Samuel L. Braunstein. Geometria da inferência quântica. Letras de Física A, DOI: 10.1016/​0375-9601(96)00365-9.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(96)00365-9

[27] Hans-Jürgen Sommers e Karol Życzkowski. Propriedades estatísticas de matrizes de densidade aleatória. Revista de Física A: Matemática e Geral, DOI: 10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​37/​35/​004

[28] Ion Nechita. Assintóticos de matrizes de densidade aleatória. Annales Henri Poincaré, DOI: 10.1007/​s00023-007-0345-5.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00023-007-0345-5

[29] Satya N Majumdar. Autovalores extremos de matrizes Wishart: aplicação a sistemas bipartidos emaranhados. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.37

[30] Adina Roxana Feier. Métodos de prova na teoria das matrizes aleatórias. https://www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf.
https://www.math.harvard.edu/​media/​feier.pdf

[31] Giacomo Livan, Marcel Novaes e Pierpaolo Vivo. Introdução à teoria e prática de matrizes aleatórias. Springer Cham, DOI: 10.1007/978-3-319-70885-0.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-70885-0

[32] ZD Bai. Metodologias em análise espectral de matrizes aleatórias de grandes dimensões, uma revisão. Avanços em Estatística, DOI: 10.1142/​9789812793096_0015.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 9789812793096_0015

[33] Uffe Haagerup e Steen Thorbjørnsen. Matrizes aleatórias com entradas gaussianas complexas. Expositions Mathematicae, DOI: 10.1016/​S0723-0869(03)80036-1.
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0723-0869(03)80036-1

[34] Marc Potters e Jean-Philippe Bouchaud. Um primeiro curso em teoria de matrizes aleatórias: para físicos, engenheiros e cientistas de dados. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​9781108768900.
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781108768900

[35] Vladimir A Marčenko e Leonid Andreevich Pastur. Distribuição de autovalores para alguns conjuntos de matrizes aleatórias. Matemática da URSS-Sbornik, DOI: 10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994.
https:/​/​doi.org/​10.1070/​SM1967v001n04ABEH001994

[36] John Wishart. A distribuição generalizada do momento do produto em amostras de uma população multivariada normal. Biometrika, DOI: 10.1093/​biomet/​20A.1-2.32.
https://​/​doi.org/​10.1093/​biomet/​20A.1-2.32

[37] Greg W Anderson, Alice Guionnet e Ofer Zeitouni. Uma introdução às matrizes aleatórias. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511801334.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511801334

[38] Carl D. Meyer. Análise matricial e álgebra linear aplicada. SIÃO, DOI: 10.1137/​1.9781611977448.
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611977448

[39] GR Belitskii, Yurii I. Lyubich. Normas matriciais e suas aplicações. Birkhäuser, DOI: 10.1007/978-3-0348-7400-7.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-0348-7400-7

[40] Jean-Phillipe Bouchaud e Marc Potters. Aplicações financeiras da teoria de matrizes aleatórias: uma breve revisão. Oxford Academic, DOI: 10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40.
https://​/​doi.org/​10.1093/​oxfordhb/​9780198744191.013.40

[41] Craig A Tracy e Harold Widom. Em conjuntos de matrizes ortogonais e simpléticas. Comunicações em Física Matemática, DOI: 10.1007/​BF02099545.
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02099545

[42] Craig A Tracy e Harold Widom. Funções de distribuição para maiores autovalores e suas aplicações. arXiv: matemática-ph/​0210034.
arXiv: math-ph / 0210034

[43] Iain M Johnstone. Sobre a distribuição do maior autovalor na análise de componentes principais. Os Anais de Estatística, DOI: 10.1214/​aos/​1009210544.
https://​/​doi.org/​10.1214/​aos/​1009210544

[44] Marco Chiani. Distribuição do maior autovalor para matrizes aleatórias reais de Wishart e Gaussiana e uma aproximação simples para a distribuição de Tracy-Widom. Revista de Análise Multivariada, DOI: 10.1016/​j.jmva.2014.04.002.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.jmva.2014.04.002

[45] Jinho Baik, Gérard Ben Arous e Sandrine Péché. Transição de fase do maior autovalor para matrizes de covariância de amostras complexas não nulas. Anais de Probabilidade, DOI: 10.1214/​009117905000000233.
https: / / doi.org/ 10.1214 / 009117905000000233

[46] Vinayak e Marko Žnidarič. Dinâmica de subsistemas sob evolução hamiltoniana aleatória. Revista de Física A: Matemática e Teórica, DOI: 10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​12/​125204

[47] Vinayak e Akhilesh Pandey. Conjuntos Wishart correlacionados e séries temporais caóticas. Revisão Física E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.81.036202.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.81.036202

[48] Vinayak. Densidade espectral dos conjuntos Wishart correlacionados não centrais. Revisão Física E, DOI: 10.1103/​PhysRevE.90.042144.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.042144

[49] Don N Página. Entropia média de um subsistema. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.71.1291.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.71.1291

[50] Siddhartha Sen. Entropia média de um subsistema quântico. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.77.1.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.1

[51] Rajarshi Pal e Arul Lakshminarayan. Sondando a aleatoriedade dos estados ergódicos: estatísticas de valores extremos nas fases ergódica e localizada de muitos corpos. arXiv:2002.00682 [cond-mat.dis-nn].
arXiv: 2002.00682

[52] Karol Zyczkowski e Hans-Jürgen Sommers. Medidas induzidas no espaço de estados quânticos mistos. Revista de Física A: Matemática e Geral, DOI: 10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​34/​35/​335

[53] Patrick Hayden, Debbie W Leung e Andreas Winter. Aspectos do emaranhamento genérico. Comunicações em física matemática, DOI: 10.1007/​s00220-006-1535-6.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-1535-6

[54] Wolfram Helwig e Wei Cui. Estados absolutamente maximamente emaranhados: existência e aplicações. arXiv:1306.2536 [quant-ph].
arXiv: 1306.2536

[55] Dardo Goyeneche, Daniel Alsina, José I Latorre, Arnau Riera e Karol Życzkowski. Estados emaranhados absolutamente ao máximo, projetos combinatórios e matrizes multiunitárias. Revisão Física A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.92.032316.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.032316

[56] F. Huber e N. Wyderka. Tabela de estados AME. https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html.
https://​/​tp.nt.uni-siegen.de/​ame/​ame.html

[57] José I Latorre e Germán Sierra. Computação quântica de funções de números primos. arXiv:1302.6245 [quant-ph].
arXiv: 1302.6245

[58] José I Latorre e Germán Sierra. Há emaranhamento nos primos. arXiv:1403.4765 [quant-ph].
arXiv: 1403.4765

[59] Diego Garcia-Martin, Eduard Ribas, Stefano Carrazza, José I Latorre e Germán Sierra. O estado Prime e seus parentes quânticos. Quantum, DOI: 10.22331/​q-2020-12-11-371.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-11-371

[60] Murray Rosenblatt. Um Teorema do Limite Central e uma Condição de Mistura Forte. Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, DOI: 10.1073/​pnas.42.1.43.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.42.1.43

[61] Hui Li e F Duncan M Haldane. Espectro de emaranhamento como generalização da entropia de emaranhamento: Identificação de ordem topológica em estados de efeito Hall quântico fracionário não abeliano. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.101.010504.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.101.010504

[62] J Ignacio Cirac, Didier Poilblanc, Norbert Schuch e Frank Verstraete. Espectro de emaranhamento e teorias de limites com estados de pares emaranhados projetados. Revisão Física B, DOI: 10.1103/​PhysRevB.83.245134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.83.245134

[63] Sudipto Singha Roy, Silvia N Santalla, Javier Rodríguez-Laguna e Germán Sierra. Correspondência de borda em massa na fase Haldane do spin bilinear-biquadrático-$1$ hamiltoniano. Revista de Mecânica Estatística: Teoria e Experimento, DOI: 10.1088/​1742-5468/​abf7b4.
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​abf7b4

[64] Vicente Alba. Lacuna de emaranhamento, cantos e quebra de simetria. arXiv:2010.00787 [cond-mat.stat-mech].
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.10.3.056
arXiv: 2010.00787

[65] Pasquale Calabrese e Alexandre Lefevre. Espectro de emaranhamento em sistemas unidimensionais. Revisão Física A, DOI: 10.1103/​PhysRevA.78.032329.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.032329

[66] Andreas M Läuchli, Emil J Bergholtz, Juha Suorsa e Masudul Haque. Desembaraçando espectros de emaranhamento de estados hall quânticos fracionários em geometrias de toro. Cartas de revisão física, DOI: 10.1103/​PhysRevLett.104.156404.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.156404

[67] Michael A Nielsen e Isaac Chuang. Computação Quântica e Informação Quântica. Cambridge University Press, DOI: 10.1017/​CBO9780511976667.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[68] Frank Nielsen e Richard Nock. Sobre entropias e divergências de Tényi e Tsallis para famílias exponenciais. arXiv:1105.3259 [cs.IT].
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​45/​3/​032003
arXiv: 1105.3259

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