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一种新型的张量网络
尽管张量网络是模拟低维量子物理的有力工具，但张量网络算法在较高空间维度上的计算成本非常高。我们引入了量子规范网络：一种不同类型的张量网络假设，对于较大的空间维度，模拟的计算成本不会明显增加。我们从量子动力学的规范图 [ 1 ] 中汲取灵感，它由每个空间斑块的局部波函数组成，相邻斑块通过幺正连接相关。量子规范网络 (QGN) 具有类似的结构，只是局部波函数和连接的希尔伯特空间维数被截断。我们描述了如何从通用波函数或矩阵积态 (MPS) 获得 QGN。对于 M 个算子，任何波函数的所有 2 k 点相关函数都可以通过键维数为 O ( M k ) 的 QGN 精确编码。相比之下，仅当 k = 1 时，量子比特的 MPS 通常需要指数级更大的键维数 2 M / 6。我们提供了一种简单的 QGN 算法，用于近似模拟任意空间维度中的量子动力学。近似动力学可以实现时间无关的汉密尔顿量的精确能量守恒，并且空间对称性也可以精确保持。我们通过模拟多达三个空间维度中的费米子汉密尔顿量的量子猝灭来对该算法进行基准测试。
时间分辨 Hanbury Brown–Twiss 干涉测量法...
双光子频率梳 (BFC) 是用于大规模和高维量子信息和网络系统的有前途的量子源。在这种情况下，单个频率箱的光谱纯度对于实现量子网络协议（如隐形传态和纠缠交换）至关重要。测量组成 BFC 的未预告信号或闲置光子的时间自相关函数是表征其光谱纯度并进而验证双光子状态对网络协议的实用性的关键工具。然而，通过实验可获得的测量 BFC 相关函数的精度通常受到探测器抖动的严重限制。结果，相关函数中的精细时间特征（不仅在量子信息中具有实用价值，而且在量子光学研究中也具有根本意义）丢失了。我们提出了一种通过电光相位调制来规避这一挑战的方案，通过实验证明了集成 40.5 GHz Si 3 N 4 微环产生的 BFC 的时间分辨 Hanbury Brown-Twiss 特性，最高可达 3 × 3 维二四分体希尔伯特空间。通过使电光驱动频率从梳状的自由光谱范围略微失谐，我们的方法利用 Vernier 原理来放大时间特征，否则这些特征会被探测器抖动平均掉。我们在连续波和脉冲泵浦模式下展示了我们的方法，发现与理论高度一致。我们的方法不仅揭示了贡献频率箱的集体统计数据，还揭示了它们的时间形状 - 标准全积分自相关测量中丢失的特征。
用于取样多体的量子生成模型...
量子计算机具有解决与经典量相关的概率的能力。他们可以在最著名的classical算法上具有超级分类的加速；所谓的量子至上[1]。以证明这种至高无上的关注已从诸如实施Shor的al-gorithm [2]等功能问题转变为采样问题[3]，因为看来人们不需要完整的通用量子计算机来获得量子加速[4-6]。例如，从最近在Google的Sycamore芯片上执行的随机量子电路的输出分布进行采样[7]，通常需要对电路进行直接数值模拟，并在Qubits数字中进行指数计算成本。尽管这些随机电路具有理论上的控制，但这意味着它们很难从中要采样以下事实，而不是关于艰难的考虑，但它们具有实际的实际用途。除了提供量子至上的证据外，他们没有解决任何问题。在这里，我们将一些硬度交换为实用性，并提供量子电路，以从多体系统中的hamiltonian动力学下进化的操作员的光谱函数中获取样品。该问题属于DQC1类[8]，该类别被认为严格小于BQP，同时仍然包含经典的问题[9，10]。光谱是表征凝结物质和分子系统的重要工具。有很多技术，每种技术都对可观察到的物体和能量谱的不同部分敏感。许多测量值可以作为一段时间的傅立叶变换，依赖相关函数。以例如探测电流相关σ（ω）=⟨j（ω）j（−Ω）⟩ /IΩ或无弹性中子scat- < /div>的光导率
自然光合复合物的单光子吸收和排放
光合作用是由太阳的单个光子1-3引发的，作为弱光源，在叶绿素吸收带1中，每秒最多每秒几十个光子每秒传递几十个光子。在过去的40年中，在过去的40年中，许多实验和理论工作探索了在光合作用中吸收光合作用的事件，从而吸收了强烈的超短激光脉冲2-15。在这里，我们使用单个光子在环境条件下激发了紫色细菌的紫obacter sphaeroides的轻度收获2（LH2）复合物，分别包含9和18个细菌氯植物分子的B800和B850环。B800环的激发在大约0.7）ps中导致电子能量转移到B850环，然后在约100-FS的时间尺度上快速B850至B850 Energy Transfers在850–875时（参考）NM（参考）。16–19）。使用宣传的单光子源20,21以及一致计数，我们建立了B800激发和B850 Fuoresence发射的时间相关函数，并证明这两个事件都涉及单个光子。我们还表明，每个检测到的插入光子光子的概率分布支持这样一种观点，即吸收后单个光子可以驱动随后的能量传递和实现发射，因此，通过扩展，光合作用的主要电荷分离。一个分析随机模型和蒙特卡洛数值模型捕获了数据，进一步缔结了单个光子的吸收与自然光收获复合物中单个光子的发射相关。
在NISQ时代量子处理器上对AKLT状态的高保真实现 advnf：减少使用对抗性学习的有条件归一流流程中的模式崩溃 远程量子ising模型的有限温度临界行为 NISQ算法的矩阵元素的矩阵元素 在p s ... 下的独家J/ψ和ψ（2s）生产的测量 随机系列膨胀量子蒙特卡洛（Rydberg Arrays）
AKLT状态是各向同性量子Heisenberg Spin-1模型的基态。它表现出激发差距和指数衰减的相关函数，并在其边界处具有分数激发。到目前为止，仅通过捕获离子和光子系统实验实现了一维AKLT模型。在这项工作中，我们成功地准备了嘈杂的中间量子量子（NISQ）ERA量子设备上的AKLT状态。尤其是，我们在IBM量子处理器上开发了一种非确定性算法，其中AKLT状态制备所需的非单生操作员嵌入到单一操作员中，并为每对辅助旋转旋转1 /2的额外的Ancilla Qubit带有附加的Ancilla Qubit。这样的统一操作员有效地由由单量子和最近的邻居CX门组成的参数化电路表示。与Qiskit的常规操作员分解方法相结合，我们的方法导致了较浅的电路深度，仅邻近邻居的大门，而原始操作员的忠诚度超过99.99％。通过同时选择每个Ancilla Qubit，以使其属于旋转|↑>的子空间，可以通过从最初的单元状态以及量子计算机上的旋转量中的旋转量中的初始产品状态以及随后对所有其他物理量进行录制来系统地获得AKLT状态。我们展示了如何通过减轻读数错误的IBM量子专业人员进一步提高实施的准确性。
开放量子系统中的算子增长 - CDN
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
磁振子谱的量子计算
相互作用系统通常以它们的基态和低能激发的特性为特征。例如，在自旋系统中，即使基态可能相似，低能激发的特征也可以将海森堡模型与伊辛或 XY 模型区分开来。在量子材料中，可以通过仔细对它们的激发进行分类来区分各种各样的有间隙系统（由电荷密度波、强关联或超导引起）。低能激发的特性因材料所表现出的物理行为而异。考虑一个绝缘体，其低能行为可以用相互作用的自旋很好地描述。它将表现出与金属费米液体不同的低能激发，而金属费米液体的低能行为可以用电子准粒子很好地描述。此外，不同的探针（如光导率、中子散射或光发射）可以探测系统的不同方面。举一个具体的例子，我们来看看 Fe 基超导体 FeSe 的低能激发。我们已经从自旋（中子）[ 1 ] 和电荷（光学）[ 2 ] 两个角度对这些激发进行了研究。这两个角度提供的关于材料的相关信息相互补充。有些多体相互作用系统可以通过分析确定其光谱。在自旋系统中（如 XY 模型），Holstein-Primakoff [ 3 ] 或 Jordan-Wigner [ 4 ] 变换会将系统转换为可以立即确定激发光谱的形式。这是因为自旋系统的激发实际上具有费米子特性，而这种特性在原始自旋图像中很难提取。另一种方法是猜测波函数，然后获得激发，例如 BCS 理论 [ 5 ] 或量子霍尔效应 [ 6 ]。然而，对于一大类系统，还没有已知的精确解，必须通过数值方法获得编码低能激发的相关函数。可以通过以下方式实现
![arXiv:2105.03097v1 [quant-ph] 2021 年 5 月 7 日](/simg/g:\will\search\icon\source\3\3bd6357d3392e19f8414f751eb8915111c33a4a6.webp)
arXiv:2105.03097v1 [quant-ph] 2021 年 5 月 7 日
量子相干性和纠缠可以说是量子力学中出现的最重要现象，标志着它与经典力学的不同。纠缠没有经典的类似物，但与这种纯量子力学现象不同，相干性在光学中是一种常见现象。虽然相干性的量子理论构成了研究和操控光学相干现象的基础，但两者之间存在显著差异，这已通过多点相关函数 [1] 和量子力学的相空间表示 [2] 进行了研究和证明。这可以很好地区分经典现象和量子现象，但无法量化给定系统中存在的相干性。为了克服这个缺陷，Buamgratz 等人最近提出了相干性的资源理论 [3]。它提供了一个量子信息理论框架来量化和操控系统中的相干性水平。需要适当的相干性测量来量化量子系统中存在的相干性量。为了探究这一点，他们提出了理想的量子相干性测量必须满足的一些假设。这促使量子相干性被广泛应用于热力学[5]、量子计量和传感[6]、单向量子计算[7]和量子生物学[8]等领域。量子信息协议如量子秘密共享[9]、量子隐私查询[10]也将量子相干性作为一种资源。一篇广泛的综述[11]概述了一些制定有效相干性资源理论的重要工作。纠缠和相干性都源于量子物理的叠加原理，被认为是量子技术的关键概念。与纠缠不同，相干性的量取决于基，因此在量子系统上应用局部幺正变换可以增强系统中存在的相干性。在 [12] 中，量子相干性之间的层次关系，
随机结构中的量子热力学
在过去的十年中，许多效果一直致力于了解如何从孤立的量子系统开始在哈密顿动力学，平衡和有效的热力学在长时间出现[1]。另一方面，对开放量子系统的研究引发了人们对在开放系统的量子演变下发生的量子热力学问题的兴趣[2]。量子动力学如何从量子动力学出现，量子系统如何动态平衡和热化以及是否始终在量子状态下达到热力化的问题是量子热力学研究的核心。显然，热力学物理学的基本要素是统计，即所研究系统的随机性质。我们的团队是使用用激光直接 - 连续方法制造的集成量子波导电路在随机光子结构中实施随机量子光的先驱之一[3]。当超短激光脉冲紧密聚焦于透明的散装材料中时，非线性吸收会导致光学分解和微等离子体的形成，从而诱导材料的分子结构永久变化。在融合二氧化硅作为宿主材料的特定情况下，密度在局部增加，从而永久增加了折射率。这些变化的尺寸大致与焦点区域的大小相同。通过相对于光束横向移动样品，获得了连续的修改并创建波导（见图1a）。1b）。这样的指南几乎可以沿任意路径的任何安排编写，因为放置焦点的唯一限制因素是写作目标的焦距。在我们在随机光子波导结构上的工作中，我们制造了具有随机间距[5]和随机折射率[6]的波导的扩展晶格[6]，从而产生了整个波函数的统计传播动力学（见图在将量子光发射到这些结构中并检查两粒子相关函数时，人们观察到，除了光子的预期玻体束外，发生了热化过程，因此光子位于结构中心（见图1C），显然正在从弹道运输到本地化的过渡。
通过两点相关的量子混乱表征...
我们如何表征量子混乱？在各种不同的方法中（参见参考文献1以进行审查），目前有两个不同的标准。第一个是能量谱的随机矩阵样的普遍性[2，3]：如果能量谱由高斯随机矩阵理论描述，则给定的量子系统是混乱的，我们只需用RMT表示[4-6]。第二个是对初始条件的敏感性：如果给定的量子系统在这个意义上是混乱的，如果它表现出指数级别的lyapunov的生长，则小扰动的小扰动生长，如超时阶 - 超顺序相关函数（OTOC）[7，8]。OTOC与Loschmidt回声密切相关，该回声也探测了混乱[9]。这些标准有几个不令人满意的特征。首先，目前尚不清楚这两个标准如何相关。第二，量子标准与经典混乱的特征的联系尚不清楚。可能会说，对初始条件的敏感性可以表征经典和量子混乱，但是局部量子系统存在问题。在古典理论中，最初的扰动可以任意地从数学意义上讲，并且指数级的增长可以永远继续下去。另一方面，在量子系统中，由于不确定性原理，扰动不能完全较小，并且局部量子系统通常不会显示指数级的增长，除非在特殊的限制下[10-14] [15]。因此，基于OTOC的早期生长的表征对通用局部量子系统不起作用。在上一篇论文[16]中，我们概括了上述单一混乱指数以定义量子lyapunov指数。基于Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型和自旋链（XXZ）模型的计算，我们提出，Lyapunov指数如此定义的指数表现出普遍的行为：Lyapunov Spectrum Spectrum与RMT在系统中时同意RMT。量子混乱的这种表征避免了通用局部系统缺乏指数增长的问题，因为一个人只需要指数的统计特性，而不是其详细的增长为 -