在时间无关的量子系统中,纠缠熵具有固有的缩放对称性,该系统的能量没有。对称性还确保熵差异可以与零模式相关联。我们将这种对称性概括为时间依赖的系统,从具有时间依赖频率的耦合的谐波振荡器到具有时间依赖性质量的量子标量场。我们表明,这样的系统具有动力学缩放对称性,它留下了量子相关的各种度量的演变;纠缠熵,GS保真度,Loschmidt Echo和电路复杂性。使用此对称性,我们表明在系统发展不稳定性时,几个量子相关性在后期相关。然后,我们根据争夺时间和Lyapunov指数来量化此类不稳定性。发现Loschmidt Echo的指数衰减的延迟开始是由系统中最大的倒置模式确定的。另一方面,零模式在更长的时间内保留了有关系统的信息,最终导致了Loschmidt Echo的幂律衰减。我们将分析扩展到(1Þ1)维度中的时间依赖性的大规模标量字段,并讨论了零模式和倒置模式的含义。我们明确显示具有稳定模式或零模式的标量场之间的熵缩放率振荡。然后,我们对宇宙学和黑洞空位中标量场的上述效果进行定性讨论。
多体量子系统的淬火动力学可能在洛奇米特回波中表现出非分析性,这是一种被称为动力学相变(DPT)的现象。尽管对这种现象背后的基本机制进行了大量研究,但仍然存在一些开放问题。以此为动机,我们从量子相空间和熵产生的角度进行了详细研究,这是热力学的关键概念。我们专注于Lipkin-Meshkov-Glick模型,并使用自旋连接态构建相应的Husimi-Q准稳定性分布。Q函数的熵(称为WEHRL熵)提供了系统的粗粒动力学的量度,因此,即使对于封闭的系统,也会在非定程化上演变。我们表明,临界淬灭会导致WEHRL熵的准生长,并结合小振荡。前者反映了这些过渡的信息争夺特征,并用作熵产生的量度。另一方面,较小的振荡意味着负熵产生速率,因此发出了Loschmidt Echo复发的信号。最后,我们还基于修改的荷斯坦 - 普罗里马科夫近似值研究了模型的高斯。这使我们能够确定低能部门对DPT出现的相对贡献。本文中介绍的结果不仅是从动态量子相变的角度来看的,而且与量子热力学领域有关,因为它们指出WEHRL熵可以用作可行的熵产生量度。
引言:传统上,量子多体系统的研究集中于预测少体可观测量,如局部相关函数。最近,受量子热化和混沌[1]、量子系统的经典模拟[2]和量子引力[3]中基本问题的启发,物理学家们转向了一项互补的研究:量化多体动力学本身的复杂性。这一研究的核心是量子信息扰乱的概念;在几乎所有相互作用的多体量子系统中,最初在局部算子中编码的信息会逐渐变得高度非局部[4-6]。值得注意的是,最近的实验进展使得直接测量扰乱成为可能——这项任务最常见的是利用时间倒退演化[7-14],但也可以使用系统的多个副本[15-17]或随机测量[18,19]来执行。在这样的系统中,扰乱动力学、外部退相干和实验噪声之间的相互作用引发了一个基本问题:开放量子系统中量子信息扰乱的本质是什么[13,16,20 – 31]?在本文中,我们引入了一个基于算子尺寸分布的通用框架[32 – 35],用于捕捉局部误差对扰乱动力学的影响。具体来说,我们推测混沌多体系统中误差的传播从根本上受时间演化算子的尺寸分布控制,与微观误差机制无关。我们的框架立即为 Loschmidt 回声[36 – 38] 和非时序相关 (OTOC) 函数 [39,40] 提供了预测。具体来说,我们预测 Loschmidt 回声的衰减(用于测量与时间向后演化相关的保真度)发生在
引言。量子振幅的复相位在量子算法[1-6]和量子传感[7]中起着至关重要的作用。许多算法需要测量两个量子态之间的相对相位[8-17]。用于此目的的常见子程序是 Hadamard 检验,它通过干涉将相位信息转换为概率[18]。尽管实验取得了令人瞩目的进展,但由于实现所需的受控酉运算的挑战,Hadamard 检验在大多数应用中仍然遥不可及。在本文中,我们提出了一种替代方法来确定某些状态之间的复重叠,该方法不使用辅助量子位或全局受控酉运算。与其他无辅助方案 [12,19] 不同,我们的方法不需要准备与参考状态的叠加,而叠加极易受到噪声的影响[20-25]。我们的方法不是基于干涉,而是基于复分析原理。所提出的方法适用于(广义)Loschmidt 振幅形式的重叠
“理论化学”的起源始于大约400年前,当时17世纪,约翰内斯·开普勒[1]推测了雪花对称性以及球形物体的紧密包装。十九世纪后期紧密填充结构的对称布置导致许多晶体学和固态无机化学理论。John Dalton [2]表示化合物作为圆形原子的聚集,Johann Josef Loschmidt [3]使用二维类似物根据圆圈创建了图。August Wilhelm von Hofmann被认为是第一个实质上是拓扑结构的物理分子模型。Joseph Le Bel [5]和Jacobus Henricus van't Hoff [6]引入了立体化学的概念,范诺夫(Van't Hoff)显示了代表碳三维特性的四面体分子。约翰·戴斯蒙德·伯纳尔(John Desmond Bernal)给出了[7]的第一个液体水模型。现在已经在洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratories)使用最强大的疯子计算机对液体进行了第一台计算机模拟以来,已有30多年的历史了。
非平衡量子多体系统很难通过经典计算进行研究,因此引起了广泛的兴趣。量子模拟可以为这些问题提供见解。在这里,我们使用一个具有 16 个全连接超导量子比特的可编程量子模拟器,研究了具有淬灭横向场的 Lipkin-Meshkov-Glick 模型中的动态相变。通过测量非平衡序参数、非局部相关性和 Loschmidt 回声,可以观察到融合不同动态临界概念的动态相变的清晰特征。此外,在动态临界点附近,我们获得了 −7.0 ± 0.8 dB 的自旋压缩,显示出多体纠缠,可用于以超过标准量子极限五倍的精度进行测量。基于同时纠缠量子比特的能力和多量子比特状态的精确单次读出能力,该超导量子模拟器可用于研究非平衡量子多体系统中的其他问题,例如热化、多体局域化和周期驱动系统中的突发现象。
我们表明,远离平衡超导的经典描述在局部可观察物的热力学极限中是精确的,但分解了全球数量,例如纠缠熵或loschmidt回声。我们通过解决并比较BCS超导体的精确量子和精确的经典长期动力学来做到这一点,并与时间成反比相互作用强度并明确评估局部可观察物。平均值对于热力学极限的正常平均值和异常平均(超导顺序)都是精确的。但是,对于异常的期望值,此极限并不能以绝热和强的耦合极限上下通勤,因此,它们的量子发光可能异常强。系统的长时间稳态是一种无间隙的超导体,仅通过能量解析测量值才能访问其超流体性能。这种状态是非热的,但符合新兴的广义吉布斯集团。我们的研究清楚地表达了对称性破碎的多体状态的性质,并在时间依赖性量子集成性理论中平衡和填补了一个关键的差距。
相互作用的多体量子系统表现出丰富的物理现象和动力学特性,但众所周知,很难研究:它们在分析和指出的方面都在挑战,很难在古典计算机上模拟。小规模的量子信息处理器有望有效地模拟这些系统,但是表征其动力学是实验性的挑战,需要超越简单相关功能和多体层析成像方法的探针。在这里,我们演示了测量超定分的相关因子(OTOC),这是研究量子系统演化和量子疗法等过程的最有效的工具之一。我们用超级导管电路实施了3x3二维硬核玻色式晶格,通过执行洛夫米德(Loschmidt)回波研究其时间可逆性,并测量OTOC,使我们能够观察到量子信息的繁殖。我们实验的中心要求是能够连贯逆转时间演变的能力,我们通过数字模拟模拟方案实现了这一目标。在存在频率障碍的情况下,我们观察到可以通过更多的粒子来部分克服定位,这是在二维中多体定位的可能标志。
宏观系统中的时间反转与日常经验相矛盾。仅通过时间反转导致杯子破碎的微观动力学,几乎不可能将破碎的杯子恢复到其原始状态。然而,借助现代量子技术提供的精确控制能力,量子系统的幺正演化可以随时间逆转。在这里,我们在原子气体中的里德堡态表示的偶极相互作用、孤立多体自旋系统中实施时间反转协议。通过改变编码自旋的状态,我们翻转了相互作用哈密顿量的符号,并通过让退磁多体状态随时间演化回磁化状态来展示磁化弛豫动力学的逆转。我们使用洛施密特回声的概念阐明了原子运动的作用。最后,通过将该方法与弗洛凯工程相结合,我们展示了具有不同对称性的大量自旋模型的时间反转。我们的状态转移方法适用于广泛的量子模拟平台,其应用范围远远超出量子多体物理学,涵盖从量子增强传感觉到量子信息扰乱。
摘要:我们表明,量子混乱的最重要度量,例如框架电势,争夺,Loschmidt Echo回声和超级阶段相关器(OTOC),可以通过异形旋转的统一框架来描述,即K-flold Unitary Channel的Haar平均值。我们表明,这样的措施可以始终以同感旋转的期望值的形式施放。在文献中,有时会通过频谱和其他时间通过汉密尔顿人产生动力学的特征向量来研究量子混乱。我们表明,借助这项技术,我们可以在可联合的哈密顿量和量子混沌汉密尔顿人之间平稳地插入。与特征向量稳定剂状态的哈密顿人的同一旋转不具有混乱的特征,这与那些从HAAR措施中获取特征向量的汉密尔顿人不同。作为一个例子,与通用资源相比,Clifford Resources腐烂到更高的值获得的OTOC。通过掺杂哈密顿人的非克利福德资源,我们在一类可集成模型和量子混乱之间的OTOC行为中显示了一个交叉。此外,利用随机矩阵理论,我们表明,量子混乱的这些度量清楚地将探针的有限时间行为与量子混乱区分为与高斯单位合奏(GUE)相对应的量子混乱,并将其与Poisson分布和高斯分布和高斯对数(Gaussian diagonal)(GDE)(GDE)(GDE)(gde)所给出的集成光谱。