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通过DNA有机半导体复合物1费米子三角晶格莫特绝缘子的量子气显微镜
我们在几何沮丧的三角形晶格中研究了费米子莫特绝缘子，这是一种用于研究旋转液体和自发时间转换对称性破坏的范式模型系统。我们的研究证明了三角形莫特绝缘子的制备，并揭示了所有最近邻居之间的抗磁性自旋旋转相关性。我们采用真实空间的三角形几何量子气体显微镜来测量密度和自旋可观测物。将实验结果与基于数值链接群集扩展和量子蒙特卡洛技术的计算进行了比较，我们证明了沮丧的系统中的热度法。我们的实验平台引入了一种替代方法，用于沮丧的晶格，为未来研究外来量子磁性的研究铺平了道路，这可能导致哈伯德系统中量子自旋液体的直接检测。
利用库珀对分离器进行费米子量子计算
多年来，量子比特已成为量子计算事实上的基础，其宿主平台多种多样：超导电路 [ 2 ， 3 ] ::::: [2,3]、捕获离子 [ 4 ， 5 ] 和量子点 [ 6 ] 等等。最近的研究使用基于量子比特的量子计算机来模拟费米子系统 [ 7 – 9 ]。然而，从量子比特到局部费米子模（LFM）的映射效率低下，因为它会给计算带来额外的开销 [ 10 ， 11 ]。例如，从 n 个量子比特到费米子的映射需要通过 Jordan-Wigner 变换进行 O ( n ) 次额外运算 [ 12 ]，通过 Bravyi-Kitaev 变换进行 O (log n ) 次额外运算 [ 1 ]。避免量子比特到 LFM 映射中的开销的另一种方法是使用已经使用局部费米子模式运行的量子计算机 [ 1 ]。此外，局部费米子模式的优势不仅限于费米子系统的模拟 :::::::: 费米子 :::::::: 系统
一身纠缠作为费米金系统中的量子资源
我们表明，单身纠缠是纯粹的费米态偏离Slater决定因素（SD）的衡量标准，并由单粒子密度矩阵（SPDM）的混合性确定，可以视为量子资源。相关的理论具有SDS及其凸面作为自由状态，并且保存费米昂线性光学操作（FLO）的数字包括单体统一转换和单粒子模式占用的测量值，作为基本的自由操作。我们首先是基于纯n- fermion态的schmidt样分解的一体纠缠的两拟合公式，可以得出SPDM [与（n-1）体型密度矩阵]从中得出。随后证明，在FLO操作下，初始和计量后的SPDM始终满足主要化关系，从而确保这些操作平均不能增加一体的纠缠。最终表明，该资源与费米子量子计算模型一致，该模型需要超越反对称的相关性。还讨论了更通用的免费测量以及与模式纠缠的关系。
表面声波中的费米子量子信息
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。
来自凯勒结构的玻色子和费米子高斯态
我们证明玻色子和费米子高斯态（也称为“压缩相干态”）可用其线性复结构 J 来唯一表征，该结构是经典相空间上的线性映射。这扩展了基于协方差矩阵的传统高斯方法，并提供了一个同时处理玻色子和费米子的统一框架。纯高斯态可以用兼容凯勒结构的三重 ( G , Ω , J ) 来识别，由正定度量 G、辛形式 Ω 和线性复结构 J 组成，其中 J 2 = − 1 。混合高斯态也可以用这样的三重结构来识别，但 J 2 ̸ = − 1 。我们应用这些方法来展示如何将涉及高斯态的计算简化为这些对象的代数运算，从而得到许多已知和一些未知的身份。我们将这些方法应用于研究（A）纠缠和复杂性、（B）稳定系统的动力学、（C）驱动系统的动力学。由此，我们编制了一份全面的数学结构和公式列表，以并排比较玻色子和费米子高斯态。
用于量子化学的量子计算机上的资源优化的费米子局域哈密顿模拟
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。
利用可编程中性原子阵列进行费米子量子处理
模拟多体费米子系统的特性是材料科学、量子化学和粒子物理学领域一项突出的计算挑战。尽管基于量子比特的量子计算机可能比传统设备更有效地解决这一问题，但编码非局部费米子统计数据会引入所需资源的开销，从而限制其在近期架构中的适用性。在这项工作中，我们提出了一种费米子量子处理器，其中费米子模型在费米子寄存器中局部编码，并使用费米子门以硬件高效的方式进行模拟。我们特别考虑了可编程镊子阵列中的费米子原子，并开发了不同的协议来实现非局部门，从而在硬件级别保证费米统计数据。我们使用这个门集以及里德堡介导的相互作用门，为数字和变分量子模拟算法找到有效的电路分解，这里以分子能量估计为例进行说明。最后，我们考虑一种组合费米子量子比特架构，其中利用原子的运动自由度和内部自由度来有效地实现量子相位估计以及模拟格点规范理论动力学。
观察费米金哈伯德模型中的抗磁相变
排斥性费米克哈伯德模型（FHM）对于我们对强相关材料中电子行为的理解至关重要。在半纤维上，其基态的特征是抗铁磁相，它让人联想到高温丘脑超导体中的母体状态。将掺杂剂引入抗磁铁中，费米子哈伯德（FH）系统被认为会产生各种异国情调的量子阶段，包括条纹顺序，伪模和D-Wave超导性。然而，尽管在FHM的量子模拟中取得了显着进步，但在大规模量子模拟器中实现了低温抗铁磁相变的效果仍然难以捉摸。在这次演讲中，我将在三个维度上介绍低温排斥FH系统的最新进展，其中包括大约800,000个位点的均匀光学晶格中的锂6原子。使用旋转敏感的bragg衍射，我们测量系统的自旋结构因子（SSF）。我们通过调整相互作用强度，温度和掺杂浓度来观察SSF中的分歧，以在相变的各自临界值中，这与Heisenberg普遍性类别中的幂律相一致。我们的结果成功证明了FHM中的抗铁磁相变，为探索FHM的低温相图铺平了道路。
费米子哈密顿量的 Select($H$) 实现速度呈指数级增长
ℓ H ℓ 是任意二阶量子化费米子哈密顿量的乔丹-维格纳变换。Select ( H ) 是几种量子算法的主要子程序之一，包括最先进的哈密顿量模拟技术。如果二阶量子化哈密顿量中的每一项最多涉及 k 个自旋轨道，且 k 是与自旋轨道总数 n 无关的常数（文献中考虑的大多数量子化学和凝聚态模型都是如此，其中 k 通常为 2 或 4 ），则我们对 Select ( H ) 的实现不需要辅助量子位，并且使用 O ( n ) Cliufford+ T 门，其中 Cliufford 门应用于 O (log 2 n ) 层，T 门应用于 O (log n ) 层。与以前的工作相比，这实现了 Clifford 和 T 深度的大幅提升，同时保持了线性门数，并将辅助门数减少到零。
solax：带有神经网络支持的费米子量子系统的Python求解器
费米子多体量子系统的数值建模介绍了各个研究领域的类似challenges，需要使用通用工具，包括现状的机器学习技术。在这里，我们介绍了Solax，这是一个python库，旨在使用第二个量化的形式主义来计算和分析费米子量子系统。Solax提供了一个模块化框架，用于构建和操纵基础集，量子状态和操作员，促进电子结构的模拟并确定有限尺寸的Hilbert空间中的多体量子状态。库集成了机器学习能力，以减轻大量子群中希尔伯特空间尺寸的指数增长。使用最近开发的Python库Jax实现了核心低级功能。通过将其应用于单个杂质Anderson模型的应用，为研究人员提供了一种灵活而强大的工具，可用于应对各种领域的多体量子系统的挑战，包括原子物理学，量子化学和凝结物理学。