量子扰乱描述了信息在量子系统中扩散到许多自由度的过程,这样信息就不再是本地可访问的,而是分布在整个系统中。这个想法可以解释量子系统如何变成经典系统并获得有限的温度,或者在黑洞中,物质落入的信息是如何被抹去的。我们探测了相空间中双稳态点附近的多粒子系统的指数扰乱,并将其用于纠缠增强计量。时间反转协议用于观察计量增益和不按时间顺序的相关器同时呈指数增长,从而通过实验验证了量子计量和量子信息扰乱之间的关系。我们的结果表明,能够以指数速度快速产生纠缠的快速扰乱动力学对实际计量很有用,可产生超出标准量子极限 6.8(4) 分贝的增益。E
量子扰乱描述了信息在量子系统中扩散到许多自由度的过程,这样信息就不再是本地可访问的,而是分布在整个系统中。这个想法可以解释量子系统如何变成经典系统并获得有限的温度,或者在黑洞中,物质落入的信息是如何被抹去的。我们探测了相空间中双稳态点附近的多粒子系统的指数扰乱,并将其用于纠缠增强计量。时间反转协议用于观察计量增益和不按时间顺序的相关器同时呈指数增长,从而通过实验验证了量子计量和量子信息扰乱之间的关系。我们的结果表明,能够以指数速度快速产生纠缠的快速扰乱动力学对实际计量很有用,可产生超出标准量子极限 6.8(4) 分贝的增益。E
摘要 加扰是一个由黑洞中的信息丢失问题引入的概念。本文我们从纯量子信息论的角度讨论了加扰的影响,而不考虑信息丢失问题。我们引入了用于量子隐形传态的7量子电路。结果表明,如果使用最大加扰幺正,隐形传态可以是完美的。由此我们推测“加扰的数量与隐形传态的保真度成正比”。为了证实这一猜想,我们引入了θ相关的部分加扰幺正,当θ = 0和θ = π/ 2时,它分别退化为无加扰和最大加扰。然后,我们利用qiskit(版本0.36.2)和7量子比特真实量子计算机ibm_oslo,以分析和数值方式计算平均保真度。最后,我们表明我们的猜想可能是正确的,也可能是错误的,这取决于贝尔测量的量子比特的选择。
量子信息的离域化或扰乱已成为理解孤立量子多体系统中热化的核心要素。最近,通过将不可积系统建模为周期驱动系统,缺乏汉密尔顿图像,而真实的汉密尔顿动力学由于计算限制通常限于小系统规模,在分析上取得了重大进展。在本文中,我们从信息论的角度研究守恒定律(包括能量守恒定律)在热化过程中的作用来解决这个问题。对于一般的不可积模型,我们使用平衡近似来表明,即使系统节省能量,最大量的信息在后期也会被扰乱(以时间演化算子的三部分互信息来衡量)。相反,我们阐明了当系统具有导致光谱退化的额外对称性时,扰乱的信息量必须减少。这一普遍理论在全息共形场论 (CFT) 和 Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 模型的案例研究中得到了体现。由于 1 + 1D CFT 中具有较大的 Virasoro 对称性,我们认为,在某种意义上,这些全息理论并不是最大程度混沌的,这可以通过第二个 Rényi 三分互信息的不饱和明确看出。在 SYK 模型中,粒子空穴和 U ( 1 ) 对称性的作用较弱,因为简并只有两重,我们在大 N 和小 N 时都明确证实了这一点。我们根据局部算子的增长重新解释了算子纠缠,将我们的结果与非时间序相关器所描述的信息扰乱联系起来,从海森堡的角度确定了抑制扰乱的机制。
量子信息的离域化或扰乱已成为理解孤立量子多体系统中热化的核心要素。最近,通过将不可积系统建模为周期驱动系统,缺乏汉密尔顿图像,而真实的汉密尔顿动力学由于计算限制通常仅限于小系统规模,在分析上取得了重大进展。在本文中,我们从信息论的角度研究守恒定律(包括能量守恒定律)在热化过程中的作用来解决这个问题。对于一般的不可积模型,我们使用平衡近似来表明,即使系统节省能量,最大量的信息在后期也会被扰乱(以时间演化算子的三部分互信息来衡量)。相反,我们阐明了当系统具有导致光谱退化的额外对称性时,扰乱的信息量必须减少。这一普遍理论在全息共形场论 (CFT) 和 Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 模型的案例研究中得到了体现。由于 1 + 1D CFT 中具有较大的 Virasoro 对称性,我们认为,在某种意义上,这些全息理论并不是最大程度混沌的,这可以通过第二个 Rényi 三分互信息的不饱和明确看出。在 SYK 模型中,粒子空穴和 U ( 1 ) 对称性的作用较弱,因为简并只有两重,我们在大 N 和小 N 时都明确证实了这一点。我们根据局部算子的增长重新解释了算子纠缠,将我们的结果与非时间序相关器所描述的信息扰乱联系起来,从海森堡的角度确定了抑制扰乱的机制。
快速扰乱器是动态量子系统,可在随系统规模 N 呈对数增长的时间尺度上产生多体纠缠。我们提出并研究了一类确定性的快速扰乱量子电路,可在近期实验中用中性原子阵列实现。我们表明,三种实验工具——最近邻里德堡相互作用、全局单量子比特旋转和由辅助镊子阵列促进的换位操作——足以生成非局部相互作用图,这些图仅使用 O(log N)个并行最近邻门应用即可扰乱量子信息。这些工具能够以高度可控和可编程的方式直接通过实验访问快速扰乱动力学,并可利用它们来产生具有各种应用的高度纠缠态。
强相互作用系统中的量子信息动力学,即所谓的量子信息加扰,最近成为我们理解黑洞、奇异非费米液体中的传输以及量子混沌的多体类似物的共同线索。到目前为止,经过验证的加扰实验实现主要集中在由两级量子比特组成的系统上。然而,高维量子系统可能表现出不同的加扰模式,并且预计会使量子信息加扰速率达到推测的速度极限。我们通过实现基于超导量子三元组(三级量子系统)的量子处理器,迈出了访问此类现象的第一步。我们展示了通用两元组加扰操作的实现,并将其嵌入到五元组量子隐形传态协议中。测得的隐形传态保真度 F avg ¼ 0.568 0. 001 证实了即使在存在实验缺陷和退相干的情况下也存在扰乱。我们的远距传物协议与最近在实验室中研究可穿越虫洞的提案相关,它展示了在高维系统中编码信息的量子技术如何利用更大、更连通的状态空间来实现复杂量子电路的资源高效编码。
