Kvantesimulering mere stabil end forventet

Et lokaliseringsfænomen øger nøjagtigheden af ​​at løse kvante mange-kropsproblemer med kvantecomputere. Disse problemer er ellers udfordrende for konventionelle computere. Dette bringer en sådan digital kvantsimulering inden for rækkevidde ved hjælp af kvanteenheder, der er tilgængelige i dag.

Kvantecomputere lover at løse bestemte beregningsproblemer eksponentielt hurtigere end nogen klassisk maskine. "En særlig lovende applikation er løsningen af ​​kvante mange-kropsproblemer ved hjælp af konceptet digital kvantesimulering, "siger Markus Heyl fra Max Planck Institute for the Physics of Complex i Dresden, Tyskland. "Sådanne simuleringer kan have stor indflydelse på kvantekemi, materialevidenskab og grundlæggende fysik. "

Inden for digital kvantesimulering, tidsudviklingen af ​​det målrettede kvante-mangekropssystem realiseres ved en sekvens af elementære kvanteporte ved at diskretisere tidsudvikling, en proces kaldet Trotterization. "En grundlæggende udfordring, imidlertid, er styringen af ​​en iboende fejlkilde, som vises på grund af denne diskretisering, ”siger Markus Heyl.

Sammen med internationale kolleger, viste de i en nylig Videnskab fremskridt artikel, at kvantelokalisering ved at begrænse tidsudviklingen gennem kvanteinterferens stærkt afgrænser disse fejl for lokale observerbare.

Mere robust end forventet

"Digital kvantesimulering er således i sagens natur meget mere robust, end man kan forvente af kendte fejlgrænser for den globale mangekropsbølgefunktion, "Heyl siger. Denne robusthed er kendetegnet ved en skarp tærskel som en funktion af den udnyttede tidsgranularitet målt ved den såkaldte Trotter-trinstørrelse. Tærsklen adskiller en almindelig region med kontrollerbare Trotterfejl, hvor systemet udviser lokalisering i rummet af tidsstatistik-operatørens egenstater, fra et kvante -kaotisk regime, hvor fejl akkumuleres hurtigt, hvilket gør resultatet af kvantesimuleringen ubrugeligt.

"Vores resultater viser, at digital kvantsimulering med forholdsvis store Trotter -trin kan bevare kontrollerede Trotterfejl for lokale observerbare, "siger Markus Heyl." Det er således muligt at reducere antallet af quantum gate -operationer, der kræves for at repræsentere den ønskede tidsudvikling trofast, og derved afbøde virkningerne af ufuldkomne individuelle portoperationer. "Dette bringer digital kvantsimulering til klassisk udfordrende kvante-mange-kropsproblemer inden for rækkevidde for nuværende kvanteenheder.