[논문 리뷰] Decoherence in a dynamical quantum phase transition of the Ising chain

Sarah Mostame, Gernot Schaller외 1명|arXiv (Cornell University)|2007. 03. 16.

Quantum many-body systems인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 횡방향 자성장 이징 체인에서의 동적 양자상전이 동안 양자 비탄성 효과를 조사하며, 시스템 크기가 증가함에 따라 약한 환경 결합이 비탄성 효과를 증폭시킨다는 것을 보여준다. 주요 발견은 이러한 체계 크기 의존성 비탄성 증가가 이러한 체계를 기반으로 하는 등온 양자 알고리즘의 확장성에 제한을 줄 수 있다는 것이다.

ABSTRACT

For the prototypical example of the Ising chain in a transverse field, we study the impact of decoherence on the sweep through a second-order quantum phase transition. Apart from the advance in the general understanding of the dynamics of quantum phase transitions, these findings are relevant for adiabatic quantum algorithms due to the similarities between them. It turns out that the impact of decoherence caused by a weak coupling to a rather general environment increases with system size (i.e., number of spins/qubits), which might limit the scalability of the system.

연구 동기 및 목표

• 횡방향 자성장 이징 체인에서의 2차 양자상전이 동역학에 비탄성이 미치는 영향를 이해하는 것.
• 양자상전이와 등온 양자 알고리즘 간의 구조적 유사성에 기반해, 이러한 비탄성이 등온 양자 계산에 미치는 영향를 평가하는 것.
• 환경 결합 강도와 체계 크기가 양자临계점 통과 중 비탄성에 공동으로 미치는 영향를 결정하는 것.

제안 방법

• 연구는 횡방향 자성장 이징 체인을 양자상전이의 프로토타입으로 모델링한다.
• 느린 쿠엔치를 통해 양자임계점 통과 시 비탄성 효과를 시뮬레이션하기 위해 일반적인 환경과의 약한 결합을 포함한다.
• 개방 양자체계 기법을 사용하여 시스템의 밀도 행렬의 진화에 중점을 두고 동역학을 분석한다.
• 체계 크기에 따른 비탄성의 의존성을 분석하기 위해 비대칭 밀도 행렬 요소의 감쇠를 조사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비탄성은 횡방향 자성장 이징 체인에서의 2차 양자상전이 동역학에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 양자임계점 통과 중 비탄성 강도는 체계 크기가 증가함에 따라 증가하는가?
• RQ3 환경 결합은 이러한 체계를 기반으로 하는 등온 양자 알고리즘의 성능을 어느 정도 제한하는가?

주요 결과

• 약한 환경 결합 조건 하에서도 체계 크기가 증가할수록 비탄성 효과가 증가한다.
• 특히 상전이 근처에서, 양자임계점 통과 중 비탄성의 비율이 증가한다.
• 스핀 수가 증가함에 따라 시스템은 환경 노이즈에 더 민감해지며, 이는 기본적인 확장성 제한을 시사한다.
• 이러한 발견은 대규모 양자 알고리즘에서 등온성을 유지하는 데 있어 피할 수 없는 비탄성 효과가 장애가 될 수 있음을 암시한다.