En ramme til at simulere den samme fysik ved hjælp af to forskellige Hamiltonianere

Forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University i Japan har for nylig undersøgt situationer, hvor to forskellige Hamiltonianere kunne bruges til at simulere de samme fysiske fænomener. En Hamiltonian er en funktion eller model, der bruges til at beskrive et dynamisk system, såsom partiklernes bevægelse.

I et blad udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , forskerne introducerede en ramme, der kunne vise sig nyttig til at simulere den samme fysik med to forskellige Hamiltonianere. Ud over, de giver et eksempel på en analog simulering og viser, hvordan man kunne bygge en alternativ version af en digital kvantesimulator.

"Idéen opstod, da jeg så på den dynamiske generation af sammenfiltring i spin-kæder, "Karol Gietka, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Jeg bemærkede, at sammenfiltringsadfærd som funktion af tid i en bestemt model i høj grad minder om sammenfiltringsadfærd i den paradigmatiske en-akse snoede model. Jeg troede, at man kunne kortlægge et system til et andet, men det var ikke muligt, da Hamiltonianerne i de to systemer var meget forskellige, hvilket virkelig forvirrede mig."

Gietka satte sig for at genoverveje principperne for kvantesimulatorer og indså derefter, at udover hamiltoneren, starttilstanden bør også tages i betragtning som en ingrediens i kvantesimulatorer. Gietka og hans kolleger definerede en 'connector' -operatør og fandt ud af, at den samme dynamik observeres fra to forskellige Hamiltonianere, hvis den oprindelige tilstand er en egenstat for stikket.

Dette resultat indikerer, at det ikke altid er en nødvendig betingelse at bruge den samme Hamiltonian. Som et eksempel, de viste, at fysikken i enakset vridning kan simuleres af en spin-kæde med et eksternt felt, selvom den en-akse snoede model har uendelige interaktioner, og denne spin chain model kun har nærmeste nabointeraktioner. Hamiltonian af disse to modeller er fysisk forskellige, dvs. have forskellige energispektre, men alligevel kan man simulere det ene med det andet, hvis dynamikken starter med specielle tilstande.

"Fordelen ved en sådan tilgang er, at den slækker på de betingelser, der pålægges den universelle kvantesimulator - en kvantemaskine, der er i stand til at simulere et vilkårligt fysisk system, " sagde Gietka. "En af dens applikationer, som vi præsenterer i vores papir, er oprettelsen af ​​maksimalt indviklede tilstande i mange-kropssystemer, der kun udnytter interaktionerne mellem de nærmeste elementer i systemet. En anden applikation er en alternativ version af den digitale kvantesimulator, som i visse tilfælde kan vise sig at være mindre kompleks end den originale digitale simulator."

Bemærkelsesværdigt, det faktum, at en kvantesimulator Hamiltonian kan afvige meget fra den Hamiltonian, man ønsker at simulere, kunne udvide omfanget af kvantesimulering, da det betyder, at man kunne oprette en simulator, hvis Hamiltonian ikke er enig med systemerne i verden. Disse forskeres arbejde kunne således muliggøre design og realisering af forskellige typer kvanteanordninger.

"Jeg undersøger nu, hvordan ideen om at simulere den samme fysik med to forskellige Hamiltonianere kan udnyttes til at simulere fysik af eksotiske kvantesystemer, som tilsyneladende ikke burde eksistere, "Gietka sagde." Jeg forsøger også at finde ud af, hvordan man kan bruge den idé i kvantemetrologi til at indsamle præcise målinger af ukendte fysiske parametre. "

© 2021 Science X Network