Algoritmi quantistici digitali per generare e utilizzare stati di spin compresso

Abstract degli autori

Gli stati di spin compresso (SSSs) sono tradizionalmente considerati risorse analogiche per la metrologia quantistica. Qui sviluppiamo algoritmi per generare e sfruttare in modo efficiente gli SSSs su un computer quantistico digitale. Introduciamo un protocollo adattivo a circuito locale che prepara SSSs con parametro di compressione $ξ$ in una profondità $\mathrm{O}\left(\log{1/ξ}\right)$, ottenendo un miglioramento esponenziale rispetto agli approcci non adattivi. Dimostriamo che questa profondità è ottimale per gli SSSs simmetrici rispetto alle permutazioni, ricavando un limite inferiore corrispondente sull’entropia di entanglement. Sfruttiamo inoltre il paradigma della compressione per preparare deterministicamente gli stati di Dicke, usando asintoticamente meno risorse rispetto ai metodi precedenti. Sorprendentemente, le simulazioni classiche dei nostri protocolli di preparazione, condotte con modelli di rumore realistici, prevedono un vantaggio metrologico di 4,2 dB oltre il limite quantistico standard con un totale di 55 qubit superconduttivi, incluse le ancille. Il nostro lavoro apre la strada alla metrologia quantistica su dispositivi quantistici digitali del prossimo futuro.