Papers
Topics
Authors
Recent
2000 character limit reached

Error-resilience Phase Transitions in Encoding-Decoding Quantum Circuits

Published 11 Aug 2023 in quant-ph, cond-mat.dis-nn, and cond-mat.stat-mech | (2308.06321v2)

Abstract: Understanding how errors deteriorate the information encoded in a many-body quantum system is a fundamental problem with practical implications for quantum technologies. Here, we investigate a class of encoding-decoding random circuits subject to local coherent and incoherent errors. We analytically demonstrate the existence of a phase transition from an error-protecting phase to an error-vulnerable phase occurring when the error strength is increased. This transition is accompanied by R\'enyi entropy transitions and by onset of multifractal features in the system. Our results provide a new perspective on storing and processing quantum information, while the introduced framework enables an analytic understanding of a dynamical critical phenomenon in a many-body system.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (28)
  1. J. Preskill, Quantum 2, 79 (2018).
  2. J. Fraxanet, T. Salamon, and M. Lewenstein, The coming decades of quantum simulation (2022), arXiv:2204.08905 [quant-ph] .
  3. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, 2000).
  4. D. Gottesman, arXiv:9705052  (1997).
  5. B. Skinner, J. Ruhman, and A. Nahum, Phys. Rev. X 9, 031009 (2019).
  6. Y. Li, X. Chen, and M. P. A. Fisher, Phys. Rev. B 100, 134306 (2019).
  7. M. J. Gullans and D. A. Huse, Phys. Rev. X 10, 041020 (2020).
  8. Y. Bao, S. Choi, and E. Altman, Phys. Rev. B 101, 104301 (2020).
  9. F. Venn, J. Behrends, and B. Béri, Phys. Rev. Lett. 131, 060603 (2023).
  10. See the supplementary material.
  11. D. A. Roberts and B. Yoshida, Journal of High Energy Physics 2017 (2017).
  12. F. G. Brandao, A. W. Harrow, and M. Horodecki, Communications in Mathematical Physics 346, 397 (2016).
  13. X. Turkeshi and P. Sierant, Code and Analytical Expressions for ”Error- resilience Phase Transitions in Encoding-Decoding Quantum Circuits”, Zenodo [10.5281/zenodo.10302870] (2023).
  14. D. J. Luitz, F. Alet, and N. Laflorencie, Phys. Rev. Lett. 112, 057203 (2014a).
  15. J. Lindinger, A. Buchleitner, and A. Rodríguez, Phys. Rev. Lett. 122, 106603 (2019).
  16. N. Macé, F. Alet, and N. Laflorencie, Phys. Rev. Lett. 123, 180601 (2019).
  17. F. Pietracaprina and N. Laflorencie, Annals of Physics 435, 168502 (2021).
  18. S. Roy, Phys. Rev. B 106, L140204 (2022).
  19. P. Sierant and X. Turkeshi, Phys. Rev. Lett. 128, 130605 (2022).
  20. D. Aharonov and M. Ben-Or, SIAM J. Comput.  (2008).
  21. P. Shor, in Proceedings of 37th Conference on Foundations of Computer Science (1996) pp. 56–65.
  22. E. Knill, R. Laflamme, and W. H. Zurek, Science 279, 342 (1998).
  23. E. Knill, Nature 434, 39 (2005).
  24. P. Sierant, and X. Turkeshi, To appear. (2023).
  25. P. Niroula, S. Gopalakrishnan, and M. J. Gullans, Error mitigation thresholds in noisy quantum circuits (2023b), arXiv:2302.04278 [quant-ph] .
  26. B. Schumacher and M. A. Nielsen, Phys. Rev. A 54, 2629 (1996).
  27. D. Gross, S. Nezami, and M. Walter, Communications in Mathematical Physics 385, 1325 (2021).
  28. D. J. Luitz, F. Alet, and N. Laflorencie, Phys. Rev. B 89, 165106 (2014b).
Citations (9)

Summary

Paper to Video (Beta)

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Authors (2)

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.