Onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University in Japan hebben onlangs situaties onderzocht waarin twee verschillende Hamiltonianen zouden kunnen worden gebruikt om dezelfde fysieke verschijnselen te simuleren. Een Hamiltoniaan is een functie of model dat wordt gebruikt om een ​​dynamisch systeem te beschrijven, zoals de beweging van deeltjes.

In een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoekers introduceerden een raamwerk dat nuttig zou kunnen zijn voor het simuleren van dezelfde fysica met twee verschillende Hamiltonians. In aanvulling, ze geven een voorbeeld van een analoge simulatie en laten zien hoe je een alternatieve versie van een digitale kwantumsimulator zou kunnen bouwen.

"Het idee ontstond toen ik keek naar de dynamische generatie van verstrengeling in spinketens, "Karol Gietka, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Het viel me op dat het gedrag van verstrengeling als functie van de tijd in een bepaald model erg lijkt op verstrengelingsgedrag in het paradigmatische één-assige draaimodel. Aanvankelijk Ik dacht dat je het ene systeem op het andere kon mappen, maar het was niet mogelijk omdat de Hamiltonianen van de twee systemen heel verschillend waren, wat me echt in de war bracht."

Gietka wilde de principes van kwantumsimulators heroverwegen en realiseerde zich toen dat naast de Hamiltoniaan, de begintoestand moet ook in aanmerking worden genomen als ingrediënt van kwantumsimulatoren. Gietka en zijn collega's definieerden een 'connector'-operator en ontdekten dat dezelfde dynamiek wordt waargenomen bij twee verschillende Hamiltonianen als de begintoestand een eigentoestand van de connector is.

Dit resultaat geeft aan dat het gebruik van dezelfde Hamiltoniaan niet altijd een noodzakelijke voorwaarde is. Als voorbeeld, ze toonden aan dat de fysica van eenassige verdraaiing kan worden gesimuleerd door een spinketting met een extern veld, ook al heeft het eenassige twisting-model oneindige bereikinteracties en dit spinketenmodel heeft alleen de meest nabije naburige interacties. De Hamiltoniaan van deze twee modellen is fysiek verschillend, d.w.z. met verschillende energiespectra, maar toch kan men het een met het ander simuleren als de dynamiek begint met speciale toestanden.

"Het voordeel van een dergelijke benadering is dat het de voorwaarden versoepelt die worden opgelegd aan de universele kwantumsimulator - een kwantummachine die in staat is een willekeurig fysiek systeem te simuleren, " zei Gietka. "Een van de toepassingen, die we in onze krant presenteren, is het creëren van maximaal verstrengelde toestanden van veellichamensystemen die alleen gebruikmaken van de interacties tussen de dichtstbijzijnde elementen van het systeem. Een andere toepassing is een alternatieve versie van de digitale kwantumsimulator die in bepaalde gevallen minder complex kan blijken te zijn dan de originele digitale simulator."

Opmerkelijk, het feit dat een kwantumsimulator die Hamiltoniaan sterk kan verschillen van de Hamiltoniaan die men wil simuleren, de reikwijdte van kwantumsimulatie zou kunnen vergroten, omdat het betekent dat men een simulator zou kunnen maken waarvan de Hamiltoniaan het niet eens is met die van alle bestaande systemen in de wereld. Het werk van deze onderzoekers zou dus het ontwerp en de realisatie van verschillende soorten kwantumapparaten mogelijk kunnen maken.

"Ik ben nu aan het onderzoeken hoe het idee om dezelfde fysica te simuleren met twee verschillende Hamiltonianen kan worden gebruikt om fysica van exotische kwantumsystemen te simuleren die schijnbaar niet zouden moeten bestaan, "Zei Gietka. "Ik probeer ook uit te zoeken hoe je dat idee in de kwantummetrologie kunt gebruiken om nauwkeurige metingen van onbekende fysieke parameters te verzamelen."

© 2021 Science X Network