作者的完整清单:洪,库塔克;首尔国立大学,材料科学与工程系,高级材料研究所;劳伦斯·伯克利国家实验室,化学科学系权,Ki Chang;首尔国立大学材料科学与工程系,高级材料研究所Choi,Kyoung;韩国基础科学研究所,国家研究设施和设备中心(NFEC)LE,Quyet; Duy Tan University,Duy Tan University,Duy Tan University,DU NANG 550000,越南; Kim,Seung Ju;首尔国立大学,材料科学与工程系,高级材料研究所,汉苏;首尔国立大学,材料科学与工程系,高级材料研究所SUH,Jun Min;首尔国立大学,材料科学与工程系,高级材料研究所Kim,Soo Young;韩国大学 - 卡罗来林的Anam校园,材料科学与工程萨特弗拉;劳伦斯·伯克利国家实验室(Jang,Ho Won);首尔国立大学,材料科学与工程系,高级材料研究所
在量子计算机上模拟费米子系统的能力有望彻底改变化学工程、材料设计、核物理等领域。因此,优化模拟电路对于充分利用量子计算机的功能具有重要意义。在这里,我们从两个方面解决这个问题。在容错机制下,我们优化了 rz 和 t 门数以及所需的辅助量子比特数,假设使用乘积公式算法进行实现。与现有技术相比,我们获得了门数节省率为 2 和所需辅助量子比特数节省率为 11。在预容错机制下,我们优化了两量子比特门数,假设使用变分量子特征求解器 (VQE) 方法。具体到后者,我们提出了一个框架,可以使 VQE 进程向费米子系统基态能量收敛的方向引导。该框架基于微扰理论,能够将 VQE 进程每个循环的能量估计值提高约三倍,与试验台上经典可访问的水分子系统中的标准 VQE 方法相比,更接近已知基态能量。改进的能量估计反过来又会节省相应数量的量子资源,例如量子比特和量子门的数量,这些资源需要在已知基态能量的预定公差范围内。我们还探索了一套从费米子到量子比特算子的广义变换,并表明在小规模情况下,资源需求节省高达 20% 以上是可能的。
摘要。费米子模式的算子代数与量子位的构成同构,它们之间的差异是双重的:一方面与模式子集和多Quembit子系统相对应的子代理的嵌入,另一只手的偶然性子系统,另一方面是奇偶校的超选择。我们从量子信息理论的角度从连贯的,独立的,教学的方式进行了连贯的,独立的,教学的方式来广泛讨论这两个基本差异,并通过约旦 - 温和派代表来说明这些差异。我们的观点使我们开发了有用的新工具来治疗费米子系统,例如费米(Quasi)张量产品,费米子的典范嵌入,费米子部分痕迹,地图的效率和图像嵌入图。我们通过直接,易于适用的for-mulas(无模式排列)来制定这些模式的分区。还表明,费米子还原状态可以通过含有适当的相因子的费米子部分迹线来计算。,如果施加了平等超选择规则,我们还考虑了费米子模式相关性和纠缠概念的变体,可以赋予通常的基于本地操作的动机。我们还阐明了与关节图扩展有关的其他一些基本要点,这使得在费米米奇系统的描述中不可避免地取代了平等。
其中e f(i)◦e 0 f(i)是未扰动的能量,而±e是在过渡过程中交换的能量(+ e发射+ e, - e以吸收)。三角洲函数表达能量节约。(有些模糊的)长期前提意味着检测发生在扰动持续时间之后 - 由“进化时间” ∆ t造成的ΔT-依赖于哪种能量不一定是保守的,具有不确定性∆ e〜〜ℏ / ∆ t。在“长期”概念的模糊性旁边,还有另一个更具系统性的困难等式。1。首先,三角洲函数的意思是,过渡发生在明确定义的能量的状态之间:e f = e i -e(发射)或e f = e i + e(吸收)。检测器的有限分辨率在间隔[E,E +ΔE]的时间内施加了总最终能量的扩散。此外,交换的粒子的能量并不能完全指定最终状态。我们通常需要知道粒子移动的方向以及其动量范围[p,p +δp]。因此,我们必须更新过渡
利用其电子结构的特性来观察独特的物理现象,例如手性[15–17]和轴引力异常、[18]圆形光电效应、[19–20]手性声波、[21–22]表面态增强的埃德尔斯坦效应[23]或最近提出的手性霍尔效应。[24]大多数这些效应的观察取决于是否可以轻松访问WSM的拓扑电子态。在这方面,抑制非拓扑(平凡)表面态以及修改费米能级位置以获得所需费米面拓扑的能力将允许充分揭示拓扑表面态对物理可观测量的作用,此外,还可以按需构造费米面以利用电、声或光可测输出。到目前为止,电子结构的多样性是通过探索不同的 WSM 实现的,但对同一材料中拓扑能带形状和大小的真正控制仍然难以实现,主要是因为缺乏自下而上的超高真空合成方法,无法控制表面终止和费米能级位置,例如通过掺杂或应变。需要克服这一挑战才能实现费米能级设计的韦尔半金属异质结构,从而产生大量新平台来探索基于拓扑的基本现象和设备应用。在这项工作中,我们展示了 I 型韦尔半金属 NbP 电子结构的两种显著修改,这得益于成功的外延薄膜生长合成路线。 [25] 首先,由于表面悬空键被有序磷终端饱和,NbP 的蝴蝶结状(平凡)表面态被完全抑制,表现为(√2×√2)表面重构。其次,通过用 Se 原子化学掺杂表面,费米能级发生约 + 0.3 eV(电子掺杂)的大幅偏移,同时保留了原始的 NbP 能带结构特征,从而首次在实验中可视化了远高于 Weyl 点的拓扑能带色散,并强调了通过分子束外延过程中的表面化学掺杂可以实现的大费米能级可调性。我们的工作为实现最近的理论提议开辟了可能性,例如依赖于纯拓扑
其电子结构的特性观察到独特的物理现象,例如手性[15-17]和轴向重力异常,[18]圆形光钙效应,[19-20]手性声波,[21-22]表面状态增强的Edelstein效应[23]或最近提出的Chiral Hall-Chiral Hall-Hall-Hall-Hall-Hall-Hall-Hall-Hall-feff。[24]大多数这些效果的观察取决于WSM的拓扑结构是否可以轻松访问。In this regard, the ability to sup- press non-topological (trivial) surface states, as well as to modify the Fermi-level posi- tion to get a desired Fermi surface topology, would allow full access to unveil the role of topological surface states on physical observables, and, in addition, to construct on-demand Fermi-surfaces to harness electrical, acoustic or optical measurable outputs.到目前为止,通过探索不同的WSM来实现电子结构的多样性,但是对同一材料中拓扑带的形状和大小的真实控制仍然存在,这主要是由于缺乏自下而上的超高维库姆合成方法,从而可以控制表面终端和Fermi-Level的位置,以通过dopsing或Fermi-Level的位置来控制。需要克服这一挑战,以实现Fermi级工程的Weyl Semimetal异质结构,从而导致了众多的新型平台,以探索基于拓扑的基本质量和设备应用。在这项工作中,我们展示了I型Weyl Semimetal NBP的电子结构的两个引人注目的修改,它们由于成功的外延薄膜生长合成途径而变得可访问。[25]首先,由于有序的磷末期表面悬挂键的饱和,因此获得了NBP的弓形状(琐碎)表面状态的完全抑制,这表现在A(√2×2×√2)表面重构中。第二,通过化学对表面进行化学掺杂,fermi-Energy经历了大约 + 0.3 eV(电子掺杂)的实质转移,同时保留原始的NBP NBP的谱带特征,从而使拓扑范围的范围优点和点亮点能够达到较大的范围,从而实现了第一个实验性的视觉效果,并实现了范围的范围,并实现了范围的范围,并实现了范围的范围。分子束外延过程。我们的工作打开了实现最新理论建议的可能性,例如依赖纯拓扑>
fermions的合理量子信息理论必须尊重平价超级选择规则,以遵守相对论和无信号原则的特殊理论。该规则限制了任何量子状态在偶数和奇数式典型状态之间具有叠加的可能性。因此,它表征了一组物理允许的费米子量子状态。在这里,我们将物理允许的量子操作介绍了与奇偶校验超级选择规则一致的量子操作,该操作将允许的费米子状态映射到自身上。我们首先引入了费米金国家的统一和投射测量操作。我们将形式主义进一步扩展到一般量子操作,以STINESPRING膨胀,操作员-AM表示形式和公理性完全阳性跟踪的地图的形式。我们明确显示了费米子量子操作的这三个表示之间的等效性。我们讨论了我们在费米子系统中相关性表征的结果的可能含义。
Fermilab的组织和基础设施继续发展,主要是为了支持国际长基线中微子设施(LBNF)和深层地下中微子实验(Dune)。通过扩展,Fermilab的质子改进计划(PIP-II)加速器的持续建立是实验室的重中之重。对这项新实验的多年枢纽需要现代化的,最先进的现场基础设施,以支持预期的发现科学机会。PIP-II项目启用的加速器络合物升级将为LBNF/Dune提供梁功率。这些升级将使实验室消耗的能源量显着增加。除了在Fermilab的现代化设施和基础设施外,能源部还与南达科他州领地市领地的Sanford Sanford地下研究机构(SURF)的南达科他州科学技术管理局(SDSTA)拥有现实租赁。在租赁空间和非租赁空间中,已经开始了大量的房地产改进,以支持DOE科学任务。Fermilab最近被选为领导国家推进量子科学技术中心。Fermilab的计划新的超导量子材料和系统中心(SQM)将致力于基于超导技术的超出状态量子计算机的开发和部署。该中心还将开发新的量子传感器,这可能导致发现暗物质和其他难以捉摸的亚原子颗粒的性质。量子计算和感知中心的革命性飞跃将由独特的多学科合作来实现,其中包括由其他国家实验室,学术机构和行业组成的20个合作伙伴组织。
量子计算机即将为现代技术带来革命,为科学家提供无与伦比的计算资源。借助叠加原理和纠缠等量子力学现象,这些计算机可以解决某些计算问题,而这些问题即使是最强大的传统超级计算机也无法解决。阻碍这场计算革命的主要挑战之一是对量子比特的精确控制。量子系统极其脆弱,从本质上讲,如果不破坏其量子态,就无法对其进行测量。我编写了一个数值程序来求解时间相关的薛定谔方程,这是一个描述波函数演化的微分方程。我的代码相对于其他求解器的优势在于速度。我使用了图形处理单元 (GPU),这是一种最近才成熟的技术,可以加速高性能计算。硬件加速使我能够在几天内而不是几年内解决复杂的时间演化问题。如此出色的加速使我能够计算半导体器件中单个电子的行为。电子特别有趣,因为它们在现代技术中无处不在,而且是基本的量子粒子。使用我的代码生成的模拟,我跟踪了电子波函数在量子电路中传播时的时间演变。通过动画呈现波函数的演变,我能够直观地看到电子在空间和时间中传播的波函数。这是研究纳米器件中量子粒子行为的出色工具。我的论文重点关注实验室中现成器件的实际建模或可在不久的将来制造的设计。我首先将单个电子建模为量子比特。我给出了最佳量子比特的定义,并列出了操纵电子携带的量子信息所需的操作集。
在量子临界点(QCP)的范式中,在高-T C超导体的现象学描述中取得了很大的成功,这是一种属于多种外来相的父母状态,其特征在于密集的纠缠和缺乏明确定义的Quasiparticles。然而,实际材料中关键制度的微观起源仍然是一个悬而未决的问题。另一方面,有一个流行的观点,即单频T -T'Hubbard模型是捕获超导化合物的主要相关物理的最小模型。在这里,我们建议QCP的出现与实际空间中的纠缠紧密相连,并确定其在孔掺杂T -t'Hubbard模型的相图上的位置。为了检测QCP,我们研究了四乘四分之二的plaquette中地点间量子相互信息的加权图,该图可以通过精确的对角化解决。我们证明,这种图的某些定量特征被视为复杂的网络,在模型的参数空间中表现出特定的子元素的特殊行为。这种方法使我们能够克服由有限尺寸效应造成的困难,并在小晶格上即使在无法访问相关函数的长距离渐近学的小晶格上,也可以识别过渡点的前体。