Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > quant-ph > arXiv:2508.19075

帮助 | 高级搜索

量子物理

arXiv:2508.19075 (quant-ph)
[提交于 2025年8月26日 ]

标题: 全局控制的模拟量子模拟器中的通用动力学

标题: Universal Dynamics with Globally Controlled Analog Quantum Simulators

Authors:Hong-Ye Hu, Abigail McClain Gomez, Liyuan Chen, Aaron Trowbridge, Andy J. Goldschmidt, Zachary Manchester, Frederic T. Chong, Arthur Jaffe, Susanne F. Yelin
摘要: 具有全局控制场的模拟量子模拟器已成为探索复杂量子现象的强大平台。 最近的突破,如对数千个原子的相干控制,突显了在大规模上实现量子应用的潜力。 尽管取得了这些进展,一个基本的理论问题仍未解决:在全局控制下,这类系统能在多大程度上实现通用量子动力学? 在此,我们建立了一个仅使用全局脉冲控制实现通用量子计算的必要且充分条件,证明实际上一大类模拟量子模拟器是通用的。 我们进一步将这一框架扩展到费米子和玻色子系统,包括超冷原子在光子超晶格中的现代平台。 至关重要的是,为了将理论可能性与实验现实联系起来,我们在实验中引入了一种新的控制技术——直接量子最优控制。 这种方法能够合成复杂的有效哈密顿量,并允许我们纳入实际的硬件约束。 为了展示其实际效果,我们实验性地设计了阻塞区域外的三体相互作用,并在里德伯原子阵列上展示了拓扑动力学。 利用新的控制框架,我们通过识别平滑、短持续时间的脉冲克服了关键的实验挑战,这些脉冲实现了高保真度的动力学。 实验测量揭示了对称保护拓扑边缘模式的动力学特征,证实了我们方法的表达能力和可行性。 我们的工作为超越原生硬件哈密顿量的量子模拟开辟了新途径,使有效多体相互作用的工程成为可能,并推动了全局控制模拟平台在量子信息处理领域的前沿发展。
摘要: Analog quantum simulators with global control fields have emerged as powerful platforms for exploring complex quantum phenomena. Recent breakthroughs, such as the coherent control of thousands of atoms, highlight the growing potential for quantum applications at scale. Despite these advances, a fundamental theoretical question remains unresolved: to what extent can such systems realize universal quantum dynamics under global control? Here we establish a necessary and sufficient condition for universal quantum computation using only global pulse control, proving that a broad class of analog quantum simulators is, in fact, universal. We further extend this framework to fermionic and bosonic systems, including modern platforms such as ultracold atoms in optical superlattices. Crucially, to connect the theoretical possibility with experimental reality, we introduce a new control technique into the experiment - direct quantum optimal control. This method enables the synthesis of complex effective Hamiltonians and allows us to incorporate realistic hardware constraints. To show its practical power, we experimentally engineer three-body interactions outside the blockade regime and demonstrate topological dynamics on a Rydberg atom array. Using the new control framework, we overcome key experimental challenges, including hardware limitations and atom position fluctuations in the non-blockade regime, by identifying smooth, short-duration pulses that achieve high-fidelity dynamics. Experimental measurements reveal dynamical signatures of symmetry-protected-topological edge modes, confirming both the expressivity and feasibility of our approach. Our work opens a new avenue for quantum simulation beyond native hardware Hamiltonians, enabling the engineering of effective multi-body interactions and advancing the frontier of quantum information processing with globally-controlled analog platforms.
评论: 12页,5图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 量子气体 (cond-mat.quant-gas); 强关联电子 (cond-mat.str-el); 机器学习 (cs.LG); 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2508.19075 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2508.19075v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.19075
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Hong-Ye Hu [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 8 月 26 日 14:36:32 UTC (2,155 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-08
切换浏览方式为:
cond-mat.quant-gas
cond-mat.str-el
cs
cs.LG
cs.SY
eess
eess.SY
quant-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号