g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Bir kuantum simülatöründe başarıyla uygulanan Hamilton mekaniği, kuantum alan teorisini çözebilir

Kuantum simülatörlerinde karmaşık çoklu cisim problemlerini simüle etmek, fiziksel, kimyasal ve biyolojik sistemlerin derinlemesine anlaşılması için büyük bir potansiyele sahiptir. Fizikçiler daha önce Hamilton mekaniğini uyguladılar, ancak kuantum simülatörünü uygun bir kuantum durumuna başlatma sorunu hala çözülmedi. "Science Advances" dergisinde yayınlanan bir araştırmada, Meghana Raghunanda ve Alman Teorik Fizik Enstitüsü, Quest Enstitüsü ve Kuantum Optik Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi yeni bir yaklaşım ortaya koydu.

Araştırmada geliştirilen başlatma protokolü büyük ölçüde simülasyon cihazının fiziksel uygulamasından bağımsız olsa da, araştırma ekibi "tuzağa düşürülmüş" iyon kuantum simülatörünün uygulanmasına bir örnek sağladı. Kuantum simülasyonu, yüksek sıcaklık süperiletkenliği, etkileşim kuantum alan teorisi veya çoklu cisim lokalizasyonu gibi önemli kamusal sorunları çözmeyi amaçlayan, gelişmekte olan bir teknolojidir. Bir dizi deney, kuantum simülatörlerinde Hamilton dinamiklerinin başarılı bir şekilde gerçekleştirildiğini kanıtlamıştır.

Bununla birlikte, bu yaklaşım kuantum faz geçişlerinde zorlayıcı hale gelebilir. Raghunanda ve diğerleri, ilginç çok-cisim durumları tasarlamak için enerji tüketen kuantum sistemlerini kullanarak bu sorunun üstesinden gelen yeni bir strateji önerdiler.

(Yukarıda gösterilmiştir) Kuantum simülatörünün sempatik soğutması: (A) Kuantum simülasyonunu gerçekleştiren N döndürme sistemi, dağılma ile tahrik edilen banyonun başka bir dönüşüyle etkileşime giriyor; (B), sistem ve tank arasındaki rezonansı gösteriyor Enerji transferinin enerji seviyesi yapısının şematik diyagramı, bundan sonra slot spini dağıtılır ve temel durumuna pompalanır; (C) Hapsedilmiş 40Ca + iyonları tarafından gerçekleştirilen enerji seviyesi şeması. Resim: Bilim Gelişmeleri

Hemen hemen tüm ilgili çok gövdeli Hamilton operatörleri, daha önce çalışılan sınıfların dışında kalmaktadır, bu nedenle tüketimli durum hazırlama sürecinin genelleştirilmesi gerekir. Bu nedenle araştırma ekibi, kuantum simülasyonunu gerçekleştiren çok gövdeli sistemi enerji tüketen tahrik eden yardımcı parçacıklara birleştirerek kuantum simülatörünün enerji tüketimli başlatmasını gerçekleştirmek için daha önce hiç keşfedilmemiş bir paradigma önerdi.

Çalışma, ilgilenilen sistemin çoklu-cisim uyarma enerji boşluğu ile rezonansa girmesi için yardımcı parçacığın içindeki enerji bölünmesini seçti; temel durum enerjisi ile ilk uyarılmış durum enerjisi arasındaki fark olarak tanımlandı. Bu tür rezonans koşulları altında, kuantum simülatörünün enerjisi, yardımcı parçacıklara etkili bir şekilde aktarılabilir, böylelikle ilki simetrik olarak soğutulur, yani bir tür parçacık ve başka bir tür soğutucu parçacık.

Çok gövdeli uyarım boşluğunun değeri genellikle simülasyondan önce bilinmemekle birlikte, araştırma sonuçları, enerji açığının kuantum simülasyon verilerinden spektral ölçümlerle belirlenebileceğini göstermektedir. Dağıtıcı başlatma işlemi aynı zamanda çok gövdeli sistem hakkında önemli bilgiler sağlar Tek bir yardımcı parçacık ile soğutma, kuantum simülatöründe istenmeyen gürültü işlemi için etkili ve kararlıdır.

Spesifik olarak, araştırma ekibi, tek bir enerji tüketimli yardımcı banyo dönüşüne (düşük sıcaklıkta nükleer spin ve paramanyetik spin hakimdir) bağlı farklı modellerden oluşan tek boyutlu (1-D) spin 1/2 çok gövdeli sistemi değerlendirdi. Çevre), cihaz bozon veya fermiyon çok gövdeli sistemlere genişletilebilir.

Deneysel platform, hem analog hem de dijital kuantum simülatörleri için etkili olan orta düzey gereksinimleri ortaya koymaktadır.Bu ayar, kuantum simülatörünün ayrı ayrı parçacıklarının kontrolünü gerektirmez. İlk tanımlayıcı model olarak çalışma, yatay alanda Ising modelini dikkate aldı ve basit bir platformun dışında hayal kırıklığı yaratmayan bir Hamiltonian oluşturdu.

Cihazın soğutma performansı, sistem enerjisini izlemek için dalga fonksiyonu Monte Carlo simülasyonu kullanılarak analiz edilir. Hepimizin bildiği gibi, enine Varoluş alanı paramanyetik fazdan ferromanyetik faza bir kuantum faz geçişinden geçer. Araştırma ekibi, sistemin enerjisinin hızla düştüğünü ve sonunda sayısal hesaplamanın temel durum enerjisine yaklaştığını gözlemledi. Soğutma performansı, sistem banyosu bağlantısı (Gsb) ve dağıtım hızı () seçimine bağlıdır.

Sıvı banyo bağlantısı çok küçükse, soğutma kinetiği çok yavaş olacaktır, eğer çok büyükse, sistem ve banyonun dönüşü kuvvetli bir şekilde dolanacak ve böylece soğutma performansı düşecektir. Bu nedenle, mevcut zamanda enerjiyi en aza indirmek için bu iki parametrenin optimize edilmesi gerekir.

Soğutma şeması belirli bir modelle sınırlı değildir Bunu kanıtlamak için araştırma ekibi daha sonra kuantum ile bütünleştirilebilir tek boyutlu bir modelin prototipi olan özellikle zorlu kritik Heisenberg zincir durumuna döndü. Araştırma ekibi, ikinci birleştirilmiş (belirlenmiş) kuantum çok gövdeli model olarak antiferromanyetik Heisenberg zincirini inceledi, ancak bu model soğutma protokolü için bir zorluk teşkil ediyor.

Kritik noktadaki temel durum da oldukça karmaşıktır, bu da protokolün karmaşık kuantum çok-cisim durumlarını hazırlama yeteneğini test etmelerine izin verdi. Araştırma ekibi, sistem enerjisine göre soğutma performansını kaydetti. Enine Ising modeline çok benzer şekilde, sistem enerjisi hızla düşer ve temel durum enerjisine (E0) yakın bir son değere ulaşır Bu zamanda, son durum da oldukça karmaşıktır.

Sistemdeki tüm operatörlerde tomografi yapmadan birçok kuantum simülasyon mimarisinde sistem enerjisini deneysel olarak ölçmek zor olduğundan, araştırma ekibi soğutma dinamikleri sırasında banyo dönüşünü ve enerji dağılımını ölçmek için değişti. Ardından, sistem boyutu arttıkça performansının nasıl değiştiğini anlamak için soğutma protokolünün verimliliği incelenmiştir.

Sistemin boyutu ile birlikte gerekli kaynaklar polinomik olarak arttığında, protokol genellikle etkilidir.Standart doğrusal olmayan optimizasyon için sayısal simülasyon kullanılır ve ölçekleme davranışına dayalı olarak, araştırmalar parçacıkların sayısının kuantum simülatöründe kıt bir kaynak haline geldiğinden, başlatma Gerekli minimum tüketim, gerçek kuantum simülasyonları için neredeyse tüm parçacıkları kullanabilir.

Araştırmadaki tek uyumsuzluk kaynağı, kuantum simülasyon mimarisi simülasyon sisteminin yürütülmesinde istenmeyen eş evreli süreçleri de içerebilse de, yayılmalı dönüş dönüşünden gelir. Bu nedenle, ek uyumsuzluğun soğutma şemasının performansı üzerindeki etkisini belirlemek önemlidir Bu bulgular geneldir ve diğer çok gövdeli modellere uygulanabilir.

Ekip, uyumsuzluğa karşı geliştirilmiş direnci, eş evreli olmayan olayları kendi kendine düzeltebilen dağıtım durumu hazırlama protokolüne bağladı. Daha sonra ekip, önerilen başlatma protokolünü "tuzaklanmış" iyon sisteminde deneysel olarak uygulamak için en gelişmiş teknolojiyi kullandı. Çalışma, önceki bir çalışmaya benzer şekilde bu ayarı 40Ca + iyonlarıyla uyguladı. Döndürme istatistikleri optik kübite kodlanır ve radyal lazer ışını, en sağdaki iyonun bir banyo dönüşü gibi davrandığı enerji bölmesini tutarlı bir şekilde manipüle etmek için kullanılır ve bunun komşu iyonlarla lazerle indüklenen bağlanması sistem banyosu bağlantısını gerçekleştirir.

Hem sistem Hamiltoniyeni hem de sistem banyosu Hamiltoniyeni cihazda Hsys ve HSB olarak kullanılır ve platformda öncü rol oynayan eş evreli mekanizma küresel manyetik alan dalgalanmalarından kaynaklanır. Bu şekilde araştırmacılar, kuantum simülatörünü düşük enerjili bir duruma soğutmak için enerji tüketimli bir yardımcı parçacığın nasıl ekleneceğini gösterdiler. Bu yöntem, kuantum uyarıcıda istenmeyen eşevreliğe karşı güçlü bir sağlamlık göstermek için yalnızca tek banyolu dönüşler kullanıldığında bile etkilidir.Araştırmacılar ayrıca erimiş havuzu zamanında en iyi şekilde değiştirmeyi amaçlamaktadır. Lavabonun kirlenme davranışını daha fazla incelemek.