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物理学 > 生物物理

arXiv:2504.12336 (physics)
[提交于 2025年4月14日 (v1) ,最后修订 2025年4月23日 (此版本, v2)]

标题: Qiskit 量子电路 在迁徙鸟类基于自由基对的磁感应中的单重态定位

标题: Qiskit Quantum Circuits Posit Singlet state in Radical Pair-based Magnetoreception of Migratory Birds

Authors:Hillol Biswas, Spyridon Talaganis
摘要: 量子计算在多个领域的应用正在迅速发展。 鉴于经典计算技术的局限性,量子电路的独特性,即能够观察到如叠加、纠缠和量子相干等量子现象,尤为突出。 这种能力使它们能够实现远超经典极限的测量灵敏度。 关于迁徙鸟类中基于自由基对的磁感应感知的研究已经持续了一段时间。 因此,基于量子力学的计算方法自然地识别出一个应用范围。 在本研究中,为了观察这一现象,已通过IBM Qiskit量子处理单元并采用错误缓解技术,对不同地磁场通量的电子-核自旋量子电路进行了模拟和运行。 不同量子态的结果一致,表明可以模拟单重态-三重态机制,类似于环境促进迁徙鸟类世代飞行的机制。 模拟电子-核系统的四量子比特模型展示了对磁通量指数变化的敏感性,单重态-三重态动力学的高概率,以及通过子系统和全系统的相干性结果保持的自由基对模型状态,这是单重态主导的标志。 该工作涉及对不同磁场值进行五十个量子电路的运行,每个电路进行一千零二十四次测量,无论是在模拟器还是在实际量子硬件上,并且在两种错误缓解技术之前进行了一次模拟器的噪声模型运行。
摘要: Quantum computing applications in diverse domains are emerging rapidly. Given the limitations of classical computing techniques, the peculiarity of quantum circuits, which can observe quantum phenomena such as superposition, entanglement, and quantum coherence, is remarkable. This capability enables them to achieve measurement sensitivities far beyond classical limits. Research on radical pair-based magnetoreception in migratory birds has been a focus area for quite some time. A quantum mechanics-based computing approach, thus unsurprisingly, identifies a scope of application. In this study, to observe the phenomenon, electron-nucleus spin quantum circuits for different geomagnetic fluxes have been simulated and run through IBM Qiskit quantum processing units with error mitigation techniques. The results of different quantum states are consistent, suggesting singlet-triplet mechanisms that can be emulated, resembling the environment-enabling flights of migratory birds through generations of the avian species. The four-qubit model emulating electron-nucleus systems mimicking the environmental complexity outcome shows the sensitiveness to change of magnetic flux index, high probability of singlet-triplet dynamics, and upholding radical pair model states by the purity of the sub-system and full system outcome of coherence, the hallmark of singlet state dominance. The work involved performing fifty quantum circuits for different magnetic field values, each with one thousand and twenty-four shots for measurement, either in the simulator or on real quantum hardware, and for two error mitigation techniques, preceded by a noise model of a simulator run.
评论: 14页
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2504.12336 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2504.12336v2 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.12336
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Hillol Biswas [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 14 日 09:17:10 UTC (1,361 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 4 月 23 日 07:41:04 UTC (1,087 KB)
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