Preparazione digitale di stati quantistici tramite nucleazione

Abstract degli autori

La preparazione degli stati quantistici è fondamentale per gli algoritmi quantistici, e metodi di preparazione degli stati più efficienti possono ridurre i requisiti di risorse di diversi ordini di grandezza. In questo lavoro presentiamo un metodo per preparare stati di Hamiltoniane reticolari su computer quantistici digitali, ispirato alla nucleazione. Il nostro metodo prevede la preparazione, in un circuito quantistico, dello stato fondamentale esatto di una piccola Hamiltoniana reticolare, seguita da una serie di fasi di crescita realizzate tramite evoluzione adiabatica discretizzata secondo Trotter, per aumentare le dimensioni del reticolo fino a quelle del modello desiderato. Sulla base del teorema adiabatico e dei limiti dell’errore di Trotter, forniamo condizioni sufficienti sul tempo totale di evoluzione e sul numero di passi di Trotter necessari affinché la nucleazione prepari uno stato iniziale con la fedeltà desiderata. Inoltre, presentiamo la nucleazione ottimizzata, che integra l’ottimizzazione variazionale nella struttura della nucleazione. Per un modello di Ising bidimensionale, mostriamo che la nucleazione ottimizzata può superare un metodo attualmente all’avanguardia per la preparazione degli stati su computer quantistici digitali.