مدلهای سادهشدهٔ بوزونی SYK امکان پژوهش برتری کوانتومی را فراهم میکنند
پیگیری برتری کوانتومی، که نشاندهنده مزیت محاسباتی واضحی با کامپیوترهای کوانتومی است، از پژوهشهای جدید در مورد مدلهای سادهشده از سیستمهای پیچیده کوانتومی بهرهمند میشود. وائیبهاو گوتام، آتوشی ماتسو، و ماساهیتو یامازاکی، از مؤسسات مانند Kavli IPMU و IBM Quantum، نسخهای بهینهشده از مدل سچدِو-ای-کیتوی (SYK) را که سیستم سختی برای شبیهسازی است، بررسی میکنند. کارشان «سکایشبندی» را به عنوان تکنیکی معرفی میکند که نیازهای محاسباتی را بدون دستزدن بر فیزیک اساسی کاهش میدهد، به عنوان مسیر برای دستیابی به برتری کوانتومی در این مدلهای آشوبناک. این تحقیق نکات مهمی برای شبیهسازیهای کوانتومی سیستمهای پیچیده میگذارد و راهکارهای موثرتری برای پیشرفت در دستیابی به پتانسیل کامل محاسبات کوانتومی ارائه میدهد.
مدل سکیس SYK و آشوب کوانتومی
این پژوهش آشوب کوانتومی و پراش اطلاعات را بررسی میکند، تمرکز بر مدل سچدِو-ای-کیتوی (SYK) و انواع سکیسشدهاش دارد. مطالعه چگونگی گسترش اطلاعات در سیستمهای کوانتومی را، مشابه اثر پروانه در آشوب کلاسیک، بررسی میکند و هدف درک سیستمهایی است که اطلاعات را به طور مؤثر پراکنده میکنند بدون اینکه بیش از حد شکننده شوند. پژوهشگران از مدلسازی نظری، شبیهسازی عددی، و بهطور حاسم، مدل سکیس SYK را روی کامپیوترهای کوانتومی واقعی، شامل یونهای مجذوب و کوبتهای ابررسانا، اجرا کردند و از تکنیکهای کاهش خطا برای کاهش نویز استفاده کردند. تیم نشان داد مدل سکیس SYK حتی با تعاملات کمتر نسبت به مدل اصلی، پراش اطلاعات را نشان میدهد و یک رژیم خاص نزدیک لبه آشوب را شناسایی میکند که در آن پراش به طور ویژه و مستحکم است.
تحقق تجربی بر روی کامپیوترهای کوانتومی شواهدی از پراش را تأیید کرد، دستاورد مهمی که نشاندهنده تحقق مفاهیم نظری در عمل است. این رژیم مستحکم نزدیک لبه آشوب همچنین مقاومت بیشتری در برابر نویز داشت، که پتانسیل ساخت کامپیوترهای کوانتومی بدون خطای بیشتر را نشان میدهد و ارتباطات با سیستمهای آشوب کلاسیک را برقرار میکند. این تحقیق بینشهای جدیدی درباره آشوب کوانتومی ارائه میدهد و پیشنهاد میکند که تعاملات سکیسشده میتواند بهعنوان اصول طراحی برای کامپیوترهای کوانتومی مستحکمتر مفید باشد، مفهومی را که فرض میکند تعاملات کاملاً متصل ضروری است، به چالش میکشد. شناسایی یک رژیم مستحکم نزدیک لبه آشوب میتواند به راهبردهای جدید کاهش خطا منجر شود، با پیامدهای پتانسیلی برای درک فیزیک سیاهچاله و پل ربط کوانتومی و کلاسیک.
مدل بوزونی سکیسشده SYK برای شبیهسازی کوانتومی
این مطالعه رویکرد نوینی برای بررسی برتری کوانتومی از طریق سکیسسازی مدلهای بوزونی SYK را معرفی میکند، شبیهسازیهای کوانتومی را با همسازهای کلاسیک و دستگاههای سوپرکنساندر IBM آغاز میکند. پژوهشگران با جایگزینی فرمیونها با بوزونها برای کاهش پیچیدگی مدار، هارمونیک با تعاملات چهاربدنی و ضرایب توزیعنشده تصادفی را استفاده کردند. برای کاهش بیشتر نیازهای محاسباتی، تیم نسخهای سکیسشده از مدل را توسعه داد، بهطور استراتژیک ضرایب را بر اساس پارامتر سکیس صفر کرد، که تعداد اصطلاحات هارمونیک را کاهش میدهد. شبیهسازیهای کوانتومی در سه گام کلیدی: آمادهسازی حالت اولیه، تکامل زمان، و اندازهگیری مشاهدهها تقسیم شد. برای تکامل زمان، دانشمندان از طرح استاندارد توترسازی استفاده کردند، هارمونیک را با اپراتورهای بالا و نچال و نگاشت بوزونها روی کوبتها با استفاده از اپراتورهای اسپین نمایش دادند. این رویکرد دقیق به سادهسازی مدل و پیادهسازی کوانتومی امکان بررسی دقیقتر پتانسیل برتری کوانتومی در شبیهسازی سیستمهای متعدد را میدهد.
سکیس کنترل آشوب در مدل SYK
دانشمندان مسیر دستیابی به برتری کوانتومی را از طریق توسعه و تحلیل مدل سکیسشده بوزونی SYK نشان دادند. تیم موفق شد این مدل را با همسازهای کلاسیک و سختافزار کوانتومی IBM superconducting دستگاهها تست کند، بر روی فهم تأثیر سکیس بر رفتار آشوب مدل SYK تمرکز کرد. با تغییر پارامتر سکیس، پژوهشگران انتقال واضحی از آشوب به عدم آشوب را مشاهده کردند، تأیید کرد که فرآیند سکیس منابع محاسباتی را کاهش میدهد بدون اینکه دینامیک آشوب مدل را کاملاً حذف کند. برای تسهیل شبیهسازیهای کوانتومی، تیم از طرح توترسازی استاندارد برای تقریب تکامل زمان استفاده کرد، بوزونها را با اپراتورهای اسپین روی کوبتها نمایش داد، امکان پیادهسازی بر روی سختافزارهای کوانتومی کنونی را فراهم کرد. نتایج نشان میدهد شبیهسازی این مدل سادهشده بر روی دستگاههای کوانتومی نزدیک بهمدام امکانپذیر است و راه را برای بررسی بیشتر برتری کوانتومی در فیزیک جامد باز میکند.
اندازهگیریهای اولیه OTOC علامتگذاری برتری کوانتومی
این پژوهش مسیر امیدوارکنندهای برای نشان دادن برتری کوانتومی از طریق بررسی مدلهای سکیسشده بوزونی سچدِو-ای-کیتوی (SYK) ایجاد میکند. تیم شبیهسازیهای کوانتومی این مدلها را آغاز کرد، با استفاده از روشهای کلاسیک و کوبتهای ابررسانا، پتانسیلهایشان برای غلبه بر قابلیتهای محاسبات کلاسیک را بررسی کرد، تمرکز بر OTOC بهعنوان اندازهگیری پیچیدگی اپراتور و شاخصی ممکن برای آشوب کوانتومی. نتایج نشان میدهد شبیهسازی این سیستمهای پیچیده امکانپذیر است و اهمیت اندازهگیریهای نزدیک زمان OTOC را برای شناسایی برتری کوانتومی برجسته میکند، چرا که این اندازهگیریها نسبتاً کممیزا در اثر نویز هستند. کار آتی باید جزئیات دقیقتری در شبیهسازی دقیق سیستمهای آشوبناک بررسی کند و تکنیکهای شبیهسازی را برای بررسی بیشتر پتانسیل برتری کوانتومی قابل نمایش در این مدلها اصلاح کند.
منبع: https://quantumzeitgeist.com/quantum-models-sparsified-bosonic-syk-enable-advantage-investigations/