Forskare vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University i Japan har nyligen undersökt situationer där två distinkta Hamiltonianer kan användas för att simulera samma fysiska fenomen. En Hamiltonian är en funktion eller modell som används för att beskriva ett dynamiskt system, såsom partiklarnas rörelse.

I ett papper publicerat i Fysiska granskningsbrev , forskarna introducerade en ram som kan visa sig vara användbar för att simulera samma fysik med två distinkta Hamiltonianer. Dessutom, de ger ett exempel på en analog simulering och visar hur man kan bygga en alternativ version av en digital kvantsimulator.

"Idén kom till när jag tittade på den dynamiska generationen av intrassling i spinnkedjor, "Karol Gietka, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Jag märkte att intrasslingens beteende som en funktion av tiden i en viss modell påminner mycket om intrasslingsbeteende i den paradigmatiska enaxlade vridningsmodellen. Inledningsvis Jag trodde att man kunde kartlägga ett system till ett annat, men det var inte möjligt eftersom Hamiltonians av de två systemen var väldigt olika, som verkligen förvirrade mig. "

Gietka bestämde sig för att ompröva principerna för kvantsimulatorer och insåg sedan att förutom Hamiltonian, det ursprungliga tillståndet bör också beaktas som en ingrediens i kvantsimulatorer. Gietka och hans kollegor definierade en "kontakt" -operatör och fann att samma dynamik observeras från två olika Hamiltonianer om initialtillståndet är en egenstat för kopplingen.

Detta resultat indikerar att det inte alltid är nödvändigt att använda samma Hamiltonian. Som ett exempel, de visade att fysiken för enaxlig vridning kan simuleras av en spinnkedja med ett externt fält, även om den enaxlade vridningsmodellen har oändliga interaktioner och denna snurrkedjemodell bara har närmaste närliggande interaktioner. Hamiltonian av dessa två modeller är fysiskt olika, dvs ha olika energispektra, men ändå kan man simulera det ena med det andra om dynamiken börjar med specialtillstånd.

"Fördelen med ett sådant tillvägagångssätt är att det slappnar av villkoren för den universella kvantsimulatorn-en kvantmaskin som kan simulera ett godtyckligt fysiskt system, "Sa Gietka." En av dess applikationer, som vi presenterar i vårt papper, är skapandet av maximalt intrasslade tillstånd i många kroppssystem som endast utnyttjar interaktionerna mellan de närmaste elementen i systemet. En annan applikation är en alternativ version av den digitala kvantsimulatorn som i vissa fall kan visa sig vara mindre komplex än den ursprungliga digitala simulatorn. "

Anmärkningsvärt, det faktum att en kvantsimulator Hamiltonian kan skilja sig mycket från den Hamiltonian man vill simulera kan utöka omfattningen av kvantsimulering, eftersom det betyder att man kan skapa en simulator vars Hamiltonian inte håller med den för alla system som finns i världen. Dessa forskares arbete kan således möjliggöra design och förverkligande av olika typer av kvantanordningar.

"Jag undersöker nu hur tanken på att simulera samma fysik med två distinkta Hamiltonianer kan utnyttjas för att simulera fysik i exotiska kvantsystem som till synes inte borde existera, "Gietka sa." Jag försöker också ta reda på hur man kan använda den idén i kvantmetrologi för att samla in exakta mätningar av okända fysiska parametrar. "

© 2021 Science X Network