量子电路输出采样问题已被提议作为展示量子计算优势(有时称为量子“霸权”)的候选问题。在这项工作中,我们研究是否可以为与物理可观测量测量相关的更具物理动机的采样问题实现量子优势展示。我们专注于对易于准备的产品量子态进行能量测量结果的采样问题 - 我们称之为能量采样。对于不同的测量分辨率和测量误差机制,我们提供了复杂性理论论证,表明不太可能存在有效的经典能量采样算法。特别是,我们描述了一个具有二维晶格上最近邻相互作用的哈密顿量家族,可以使用交换门量子电路(IQP电路)以高分辨率进行有效测量,而有效的经典模拟这一过程应该是不可能的。在这种高分辨率状态下,只有能够以指数级快进的汉密尔顿量才能实现,可以使用当前的理论工具将量子优势陈述与多项式层次崩溃联系起来,而对于较低分辨率的测量,这种论点则失败了。尽管如此,我们表明,如果我们假设量子计算机比经典计算机更强大,那么仍然可以排除用于低分辨率能量采样的有效经典算法。我们相信我们的工作为证明量子优势的问题带来了新的视角,并引发了汉密尔顿复杂性中有趣的新问题。
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
多个纠结光子的量子状态构成了基于测量的量子计算和全光量子量子中心中继器的重要资源。然而,这种状态的产生具有挑战性,到目前为止,概率方案一直是崇拜的规模。在这里,我们使用自旋光子界面研究了确定性的灌注生成,通过反复的光学操纵,可以发出较长的纠缠光子。特定的,我们采用了带有单个孔自旋的固态INAS量子点。此外,我们将量子点嵌入光子晶体波导中,从而将发射极强烈耦合到单个光学模式并修改光 - 反物的相互作用。与量子点遇到的常见限制是相干自旋控制和光循环跃迁的不兼容。通过应用平面内磁性ELD并选择性地将线性光学偶极子与波导模式耦合,我们测量了光学环境的宽带增加到×14。7,同时还具有驱动光学拉曼过渡的能力。波导几何形状还允许选择性泵送光学转变,导致98%的旋转初始化熟食。我们演示了t ∗ 2 = 23。2 ns自旋去向时间,它超过了使用可比纳米结构的大多数实验。这些功能允许实现一个时态纠缠协议,我们对此进行了详细的分析。由于内置的自旋回波过程,该方案对T ∗ 2不敏感,并且与高磁性ELDS和波导兼容。1%Pr。1%Pr。通过结合谐振光脉冲和拉曼脉冲,该协议可以生成GHz状态和包含QD旋转和N光子的线性簇状态,其中每个光子都以两个时间模式的叠加发射。我们计算2个错误率。光子在考虑逼真的参数和波导的最佳使用时。该协议是通过实验实施的,我们实现了一个旋转铃声状态,其熟食度为66.6%和124 Hz检测率。通过使用自动稳定的双通用干涉仪,我们能够构建精确的GHz和Bell State Delity估计。延伸到三个量子位,我们观察到清晰的连贯性签名,但是,这缺乏能够证明能够纠缠的幅度。通过构建详尽的蒙特卡洛模拟,我们能够包括几乎所有相关的错误,并确定我们的88.5%的旋转旋转熟食作为主要误差机制。其他实验证明了更好的自旋对照,我们讨论了获得更高的善良并扩展到更多量子的几个可能的途径。
温度是限制 SETSAW 器件作为电流量子标准的精度的一个因素 Nick Fletcher、Jan-Theodoor Janssen 和 Tony Hartland NPL,英国米德尔塞克斯郡泰丁顿 1.摘要 我们测量了声电流平台 I n = nef 的斜率 (∆ I / ∆ V g ) n(n =1 和 2),作为浴温 T 在 0.3 至 4.2 K 范围内的函数。限制在一维通道中的电子“冲浪”频率为 f ≈ 2.8 GHz 的表面声波,该波由沉积在 GaAs 异质结构上的换能器产生。通道宽度由施加到同样沉积在异质结构上的肖特基栅极的电压 V g 控制。将归一化斜率 S = ( ∆ I / ∆ V g ) n /( ∆ I / ∆ V g ) n -1 → n 与使用 Flensburg 等人 [11] 提出的描述器件行为的模型计算出的斜率进行了比较。在这个模型中,S 与有效温度 T eff 相关,该温度可能大于 T 。测量表明,对于 n =1,T eff 的最小值为 1.65 ± 0.1 K,对应于最小值 S ≈ 10 -3 。2.简介 目前,国家计量机构正在进行大量研究工作,旨在开发基于单电子传输的电流量子标准。NPL 参与了两个这样的项目,一个使用单电子 R 泵(详见本摘要 [1] 中的其他内容),另一个基于本文的主题 SETSAW(表面声波单电子传输)技术。图 1 显示了 SETSAW 设备的示意图。该设备制造在半导体衬底(GaAs/Al x Ga 1-x As 异质结构)上,该衬底表面附近包含准二维电子气 (2DEG)。设备一端的叉指换能器 (IDT) 产生表面声波 (SAW),该表面声波传播通过形成 2DEG 收缩的中心区域。该行进机械波在压电 GaAs 材料中产生相应的电势,该电势与 2DEG 相互作用。在收缩区域(通常由沉积在表面上的金属分裂栅形成,相对于 2DEG 保持在负电位),SAW 电位的最小值可视为移动量子阱,其通过收缩通道传输电子。如果通道足够封闭,即上述量化电流的首次实现于 1996 年 [2] 报道。然而,尽管过去 5 年不断进行研究和开发 [例如“夹断” 使得正常传导被禁止,并且可以布置 SAW 的电位,使得每个电位最小值传输相同(少量)数量的电子,然后该设备用作电流源,产生电流 I=nef ,其中 n 是整数,e 是电子电荷,f 是 SAW 的频率。与使用通过金属-绝缘体-金属隧道结进行电子泵送相比,该技术的优势在于更高的工作频率 - 高达 5 GHz [3] 产生近 1 nA,而约 10 MHz 产生几个 pA。4,5,6],SETSAW 设备的量化精度仍然低于电子泵 [7]。本文介绍了一项实验的结果,该实验旨在测量 SETSAW 设备特性的温度依赖性,以期更好地理解(并希望控制)误差机制。