[論文レビュー] Spatial entanglement in many body system using quantum walk

Sandeep K. Goyal, C. M. Chandrashekar|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2009

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、1次元格子上の離散時間量子ウォークを用いて、多粒子系における空間的もつれが生成および制御可能であることを示している。量子コインのパラメータ、粒子数、ウォークステップ数を調整することにより、著者らはもつれを正確に制御し、量子情報応用向けに最適化可能であることを示している。

ABSTRACT

The evolution of a many-particle system on a one-dimensional lattice, subjected to a quantum walk can cause spatial entanglement in the lattice position, which can be exploited for quantum information/communication purposes. We demonstrate the evolution of spatial entanglement and its dependence on the quantum coin operation parameters, the number of particles present in the lattice and the number of steps of quantum walk on the system. Thus, spatial entanglement can be controlled and optimized using a many-particle discrete-time quantum walk.

研究の動機と目的

• 量子ウォークダイナミクスを通じて、多粒子系における空間的もつれがどのように発生するかを調査すること。
• 量子コインパラメータがもつれ生成に与える影響を分析すること。
• 粒子数およびウォークステップ数がもつれの性質に与える役割を調査すること。
• 量子情報応用向けに空間的もつれを最適化および制御すること。

提案手法

• 本系は、複数の粒子を有する1次元格子上での離散時間量子ウォークを採用している。
• 各粒子の状態は、量子コイン操作を経て、位置自由度と内部自由度がもつれるように進化する。
• もつれは、多粒子波動関数に基づいて導かれた指標を用いて定量化される。
• 時間発展は、所定のステップ数にわたり量子ウォーク演算子を繰り返し適用することでシミュレートされる。
• コインの角度、粒子数、ステップ数といったパラメータを体系的に変化させる。
• もつれダイナミクスを分析し、空間的もつれを最大にする最適な構成を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子コイン操作は、多粒子量子ウォークにおける空間的もつれにどのように影響を与えるか？
• RQ2 系内の粒子数がもつれに与える依存関係は何か？
• RQ3 ウォークステップ数の増加が空間的もつれの度合いに与える影響は何か？
• RQ4 ウォークパラメータの制御により、空間的もつれを最適化できるか？
• RQ5 量子情報用途に最適な空間的もつれを最大化する構成は何か？

主な発見

• 多粒子系の量子ウォークダイナミクス下で、空間的もつれが生成され、維持される。
• もつれの強度は、量子コイン操作のパラメータを調整することで調整可能である。
• 粒子数の増加により、生成されるもつれの複雑さと可能性が向上する。
• もつれはウォークステップ数に比例して増加するが、飽和効果が生じる可能性がある。
• コインパラメータと系のサイズを調整することで、最大もつれを達成する最適な構成を同定可能である。
• 本系は、制御可能でスケーラブルな空間的もつれを実現でき、量子情報処理に適している。