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量子物理

arXiv:2207.03085 (quant-ph)
[提交于 2022年7月7日 ]

标题: 旋转、带电及弦理论黑洞的量子计算

标题: Quantum Computing for Rotating, Charged and String Theory Black Holes

Authors:Viti Chandra, Michael McGuigan
摘要: 旋转、带电、de Sitter 和弦理论黑洞的量子力学因其独特的热力学性质以及其微观态的神秘性质而受到近期关注。 对这些系统中涉及的算符进行全面的量子处理可能会提供有关它们本质的有价值信息,类似于量子处理如何对原子、分子和基本粒子提供有价值的见解。 我们使用量子计算研究了四种类型的黑洞,包括三维旋转的 Banados-Teitelboim-Zanelli (BTZ) 黑洞、四维带电的 Reisner-Nordtrom (RN) 黑洞、四维带电的 Reisner-Nordstrom-de Sitter (RN-dS) 黑洞和二维带电的弦黑洞。 在这种情况下,除了哈密顿量外,还有一个质量算符,在描述黑洞的量子态方面起着重要作用。 我们使用经典计算和量子计算来计算这些算符的谱。 对于量子计算,我们使用变分量子本征求解器(VQE),这是一种混合的经典-量子算法,可以在近期内部量子硬件上运行。 我们在谐振子基和位置基中使用 4 个量子比特进行计算,以矩阵形式实现黑洞的量子算符。 对于 4 个量子比特的情况,我们为不同电荷和角动量值找到高度准确的质量本征值。 对于二维带电弦黑洞,我们也使用 VQE 计算哈密顿约束的期望值以及哈密顿约束与质量算符的对易关系,并发现与理论预期非常一致。
摘要: The quantum mechanics of Rotating, Charged, de Sitter and String Theory black holes are of recent interest because of their peculiar thermodynamic properties, as well the mysterious nature of their microstates. A full quantum treatment of the operators involved in this systems could yield valuable information into their nature, similar to how quantum treatment yields valuable insight into atoms, molecules and elementary particles. We study four types of black holes using quantum computing, which include the 3D Rotating Banados-Teitelboim-Zanelli (BTZ) black hole, the 4D charged Reisner-Nordtrom (RN) black hole, the 4D charged Reisner-Nordstrom -de Sitter (RN-dS) black hole and the 2D charged string black hole. In these cases in addition to the Hamiltonian there is a Mass operator which plays an important role in describing the quantum states of the black hole. We compute the spectrum of these operators using classical and quantum computing. For quantum computing we use the Variational Quantum Eigensolver (VQE) which is hybrid classical-quantum algorithm that runs on near term quantum hardware. We perform our calculations using 4 qubits in both a harmonic oscillator and position basis, realizing the quantum operators of the black holes in terms of 16 x 16 matrices. For the 4 qubit case we find highly accurate results for the Mass eigenvalues for different values of the charge and angular momentum. For the 2D Charged String black hole we also use the VQE to compute the expectation value of the Hamiltonian constraint and the commutator of the Hamiltonian constraint with the mass operator and find excellent agreement with theoretical expectations.
评论: arXiv管理员备注:文本与arXiv:2202.09906存在重叠。
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2207.03085 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2207.03085v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.03085
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Michael McGuigan [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2022 年 7 月 7 日 04:48:15 UTC (668 KB)
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