Papers
Topics
Authors
Recent
Assistant
AI Research Assistant
Well-researched responses based on relevant abstracts and paper content.
Custom Instructions Pro
Preferences or requirements that you'd like Emergent Mind to consider when generating responses.
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 64 tok/s
Gemini 2.5 Pro 54 tok/s Pro
GPT-5 Medium 27 tok/s Pro
GPT-5 High 32 tok/s Pro
GPT-4o 136 tok/s Pro
Kimi K2 189 tok/s Pro
GPT OSS 120B 459 tok/s Pro
Claude Sonnet 4.5 36 tok/s Pro
2000 character limit reached

Machine-learning-inspired quantum control in many-body dynamics (2404.05940v1)

Published 9 Apr 2024 in quant-ph

Abstract: Achieving precise preparation of quantum many-body states is crucial for the practical implementation of quantum computation and quantum simulation. However, the inherent challenges posed by unavoidable excitations at critical points during quench processes necessitate careful design of control fields. In this work, we introduce a promising and versatile dynamic control neural network tailored to optimize control fields. We address the problem of suppressing defect density and enhancing cat-state fidelity during the passage across the critical point in the quantum Ising model. Our method facilitates seamless transitions between different objective functions by adjusting the {optimization strategy}. In comparison to gradient-based power-law quench methods, our approach demonstrates significant advantages for both small system sizes and long-term evolutions. We provide a detailed analysis of the specific forms of control fields and summarize common features for experimental implementation. Furthermore, numerical simulations demonstrate the robustness of our proposal against random noise and spin number fluctuations. The optimized defect density and cat-state fidelity exhibit a transition at a critical ratio of the quench duration to the system size, coinciding with the quantum speed limit for quantum evolution.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (64)
  1. F. Verstraete, J. J. García-Ripoll, and J. I. Cirac, Phys. Rev. Lett. 93, 207204 (2004).
  2. N. Shettell and D. Markham, Phys. Rev. Lett. 124, 110502 (2020).
  3. I. Frérot and T. Roscilde, Phys. Rev. Lett. 121, 020402 (2018).
  4. A. Altherr and Y. Yang, Phys. Rev. Lett. 127, 060501 (2021).
  5. G. Tóth and I. Apellaniz, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 47, 424006 (2014).
  6. S. S. Szigeti, O. Hosten, and S. A. Haine, Applied Physics Letters 118, 140501 (2021).
  7. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Science 306, 1330 (2004).
  8. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Nature Photonics 5, 222 (2011).
  9. P. Giorda and M. G. A. Paris, Phys. Rev. Lett. 105, 020503 (2010).
  10. H. Ollivier and W. H. Zurek, Phys. Rev. Lett. 88, 017901 (2001).
  11. Y. Chu and J. Cai, Phys. Rev. Lett. 128, 200501 (2022).
  12. A. Rahmani and C. Chamon, Phys. Rev. Lett. 107, 016402 (2011).
  13. F. Reiter, D. Reeb, and A. S. Sørensen, Phys. Rev. Lett. 117, 040501 (2016).
  14. Z.-Y. Wei, D. Malz, and J. I. Cirac, Phys. Rev. Res. 5, L022037 (2023).
  15. N. S. Maslova, P. I. Arseyev, and V. N. Mantsevich, Scientific Reports 9, 3130 (2019).
  16. T. Kato, Journal of the Physical Society of Japan 5, 435 (1950).
  17. W. Xiang-Bin and M. Keiji, Phys. Rev. Lett. 87, 097901 (2001).
  18. J. Dziarmaga, Advances in Physics 59, 1063 (2010).
  19. R. Barankov and A. Polkovnikov, Phys. Rev. Lett. 101, 076801 (2008).
  20. J. Dziarmaga, Phys. Rev. Lett. 95, 245701 (2005).
  21. R. Jozsa, Journal of Modern Optics 41, 2315 (1994).
  22. M. A. Nielsen and I. Chuang, Quantum computation and quantum information (Cambridge University Press, 2010).
  23. A. del Campo, M. M. Rams, and W. H. Zurek, Phys. Rev. Lett. 109, 115703 (2012).
  24. J. D. Sau and K. Sengupta, Phys. Rev. B 90, 104306 (2014).
  25. B. Damski, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2014, P12019 (2014).
  26. S. Deffner, C. Jarzynski, and A. del Campo, Phys. Rev. X 4, 021013 (2014).
  27. P. Doria, T. Calarco, and S. Montangero, Phys. Rev. Lett. 106, 190501 (2011).
  28. G. C. Hegerfeldt, Phys. Rev. Lett. 111, 260501 (2013).
  29. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Phys. Rev. A 67, 052109 (2003).
  30. L. B. Levitin and T. Toffoli, Phys. Rev. Lett. 103, 160502 (2009).
  31. S. Deffner and S. Campbell, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 50, 453001 (2017).
  32. M. Bukov, D. Sels, and A. Polkovnikov, Phys. Rev. X 9, 011034 (2019).
  33. M. Zhang, H.-M. Yu, and J. Liu, npj Quantum Information 9, 97 (2023).
  34. G. Carleo and M. Troyer, Science 355, 602 (2017).
  35. K. Choo, A. Mezzacapo, and G. Carleo, Nature Communications 11, 2368 (2020).
  36. G. Carleo, Y. Nomura, and M. Imada, Nature Communications 9, 5322 (2018).
  37. N. Wu, A. Nanduri, and H. Rabitz, Phys. Rev. B 91, 041115 (2015).
  38. P. Frey and S. Rachel, Science Advances 8, eabm7652 (2022).
  39. B. F. Schiffer, J. Tura, and J. I. Cirac, PRX Quantum 3, 020347 (2022).
  40. B. Kraus, Phys. Rev. Lett. 107, 250503 (2011).
  41. S. Mostame and R. Schützhold, Phys. Rev. Lett. 101, 220501 (2008).
  42. A. Cervera-Lierta, Quantum 2, 114 (2018).
  43. S. Sachdev, Physics World 12, 33 (1999).
  44. A. Kitaev, Annals of Physics 303, 2 (2003).
  45. N. Wu, Physics Letters A 376, 3530 (2012).
  46. C. Brif, R. Chakrabarti, and H. Rabitz, New Journal of Physics 12, 075008 (2010).
  47. R. Chakrabarti, R. Wu, and H. Rabitz, Phys. Rev. A 78, 033414 (2008).
  48. I. Giagkiozis and P. Fleming, Information Sciences 293, 338 (2015).
  49. M. Białończyk and B. Damski, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2020, 013108 (2020).
  50. N. Wu, Phys. Rev. E 101, 042108 (2020).
  51. G. G. Cabrera and R. Jullien, Phys. Rev. B 35, 7062 (1987).
  52. J. Roland and N. J. Cerf, Phys. Rev. A 65, 042308 (2002).
  53. X. Li, Scientific Reports 13, 14734 (2023).
  54. A. Vepsäläinen, S. Danilin, and G. S. Paraoanu, Science Advances 5, eaau5999 (2019).
  55. E. Schrödinger, Naturwissenschaften 23, 807 (1935).
  56. D. J. Wineland, Rev. Mod. Phys. 85, 1103 (2013).
  57. W. H. Zurek, Nature 412, 712 (2001).
  58. J. P. Dowling, Contemporary Physics 49, 125 (2008).
  59. V. Giovannetti, S. Lloyd, and L. Maccone, Phys. Rev. Lett. 96, 010401 (2006).
  60. C. Lee, Phys. Rev. Lett. 97, 150402 (2006).
  61. L. Pezzé and A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 102, 100401 (2009).
  62. F. Cesa and H. Pichler, Phys. Rev. Lett. 131, 170601 (2023).
  63. R. Salvia, M. Mehboudi, and M. Perarnau-Llobet, Phys. Rev. Lett. 130, 240803 (2023).
  64. S. Zhou, S. Michalakis, and T. Gefen, PRX Quantum 4, 040305 (2023).

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
Lightbulb Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Continue Learning

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

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

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

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up
X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Tweets

This paper has been mentioned in 1 post and received 1 like.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up to View