Un fenómeno de localización aumenta la precisión de la resolución de problemas cuánticos de muchos cuerpos con computadoras cuánticas que de otro modo serían un desafío para las computadoras convencionales. Esto pone a su alcance tal simulación cuántica digital en dispositivos cuánticos disponibles en la actualidad.
Las computadoras cuánticas prometen resolver ciertos problemas computacionales exponencialmente más rápido que cualquier máquina clásica. "Una aplicación particularmente prometedora es la solución de problemas cuánticos de muchos cuerpos utilizando el concepto de simulación cuántica digital", dice Markus Heyl del Instituto Max Planck para la Físicade Complex en Dresden, Alemania. "Tales simulaciones podrían tener un gran impacto en la química cuántica, la ciencia de los materiales y la física fundamental". Dentro de la simulación cuántica digital, la evolución temporal del sistema cuántico de muchos cuerpos se realiza mediante una secuencia de puertas cuánticas elementales.discretizando la evolución del tiempo, llamada Trotterización. "Sin embargo, un desafío fundamental es el control de una fuente de error intrínseca, que aparece debido a esta discretización", dice Markus Heyl. Junto con Peter Zoller del Departamento de Física Experimental de la Universidad deInnsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica y Comunicación Cuántica en la Academia de Ciencias de Austriay Philipp Hauke del Instituto Kirchhoff de Física y el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Heidelberg que muestran en un artículo reciente en Avances científicos esa localización cuántica, al restringir la evolución del tiempo a través de la interferencia cuántica, limita fuertemente estos errores para los observables locales.
Más robusto de lo esperado
"La simulación cuántica digital es, por lo tanto, intrínsecamente más robusta de lo que cabría esperar de los límites de error conocidos en la función de onda global de muchos cuerpos", resume Heyl. Esta robustez se caracteriza por un umbral agudo en función de la granularidad de tiempo utilizadamedido por el llamado tamaño de paso de Trotter. El umbral separa una región regular con errores de Trotter controlables, donde el sistema exhibe localización en el espacio de estados propios del operador de evolución temporal, de un régimen caótico cuántico donde los errores se acumulan rápidamente produciendo el resultadode la simulación cuántica inutilizable ". Nuestros hallazgos muestran que la simulación cuántica digital con pasos Trotter comparativamente grandes puede retener los errores Trotter controlados para observables locales", dice Markus Heyl. "Por lo tanto, es posible reducir el número de operaciones de puerta cuántica requeridas para representar elevolución temporal deseada fielmente, mitigando así los efectos de las operaciones de puerta individuales imperfectas ". Esto traesimulación cuántica digital para problemas cuánticos cuánticos desafiantes clásicos al alcance de los dispositivos cuánticos actuales.
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Materiales proporcionados por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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