[论文解读] Decoherence in a dynamical quantum phase transition of the Ising chain

Sarah Mostame, Gernot Schaller+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2007

Quantum many-body systems被引用 1

一句话总结

本文研究了横向场伊辛链中动力学量子相变过程中的退相干效应，表明即使环境耦合较弱，随着系统尺寸增大，退相干效应也会增强。关键发现是，这种与系统尺寸相关的退相干增长可能限制基于此类系统的绝热量子算法的可扩展性。

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.

研究动机与目标

• 理解退相干如何影响横向场伊辛链中二级量子相变的动力学。
• 鉴于量子相变与绝热算法之间存在结构相似性，评估这种退相干对绝热量子计算的影响。
• 确定环境耦合强度与系统尺寸在穿越量子临界点过程中对退相干的联合影响。

提出的方法

• 该研究将具有横向场的伊辛链建模为量子相变的原型系统。
• 通过引入与一般环境的弱耦合，模拟在缓慢穿过量子临界点过程中产生的退相干效应。
• 采用开放量子系统技术分析动力学，重点关注系统密度矩阵的演化。
• 通过考察密度矩阵非对角元的衰减，量化退相干对系统尺寸的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 退相干如何影响横向场伊辛链中二级量子相变的动力学？
• RQ2 在穿越量子临界点的过程中，退相干强度是否随系统尺寸增大而增强？
• RQ3 环境耦合在多大程度上限制了基于此类系统的绝热量子算法的性能？

主要发现

• 即使在弱环境耦合下，退相干效应仍随系统尺寸增大而增强。
• 在穿越量子临界点的过程中，退相干速率增加，尤其是在相变附近尤为显著。
• 随着自旋数目增加，系统对环境噪声的敏感性增强，表明存在根本性的可扩展性限制。
• 研究结果表明，不可避免的退相干效应可能阻碍大规模量子算法中绝热性的维持。