Ett lokaliseringsfenomen ökar noggrannheten i att lösa kvantmånga kroppsproblem med kvantdatorer. Dessa problem är annars utmanande för konventionella datorer. Detta ger sådan digital kvantsimulering inom räckhåll med hjälp av kvantanordningar som finns tillgängliga idag.

Kvantdatorer lovar att lösa vissa beräkningsproblem exponentiellt snabbare än någon klassisk maskin. "En särskilt lovande applikation är lösningen på kvantmångkroppsproblem med begreppet digital kvantsimulering, "säger Markus Heyl från Max Planck Institute for the Physics of Complex i Dresden, Tyskland. "Sådana simuleringar kan ha stor inverkan på kvantkemi, materialvetenskap och grundläggande fysik. "

Inom digital kvantsimulering, tidsutvecklingen av det målinriktade kvantkroppssystemet förverkligas genom en sekvens av elementära kvantportar genom att diskretisera tidsutvecklingen, en process som kallas Trotterization. "En grundläggande utmaning, dock, är kontrollen av en inneboende felkälla, som dyker upp på grund av denna diskretisering, säger Markus Heyl.

Tillsammans med internationella kollegor, de visade i en nyligen Vetenskapliga framsteg artikeln att kvantlokalisering genom att begränsa tidsutvecklingen genom kvantinterferens starkt begränsar dessa fel för lokala observerbara.

Mer robust än väntat

"Digital kvantsimulering är alltså i grunden mycket mer robust än vad man kan förvänta sig av kända felgränser för den globala mångkroppsvågfunktionen, "Säger Heyl. Denna robusthet kännetecknas av en skarp tröskel som en funktion av den utnyttjade tidskorrigheten mätt med den så kallade Trotterstegstorleken. Tröskeln separerar en vanlig region med kontrollerbara Trotterfel, där systemet uppvisar lokalisering i rymden av egenstater hos tidsutvecklingsoperatören, från en kvantkaotisk regim där fel ackumuleras snabbt vilket gör resultatet av kvantsimuleringen oanvändbart.

"Våra resultat visar att digital kvantsimulering med jämförelsevis stora Trottersteg kan behålla kontrollerade Trotterfel för lokala observerbara, "säger Markus Heyl." Det är således möjligt att minska antalet kvantportsoperationer som krävs för att trovärdigt representera den önskade tidsutvecklingen, och därmed mildra effekterna av ofullkomliga individuella grindoperationer. "Detta ger digital kvantsimulering för klassiskt utmanande kvantkroppsproblem inom räckhåll för dagens kvantanordningar.