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碰撞模型能够高效模拟任何多体马尔可夫量子动力学。

Collision Models Can Efficiently Simulate Any Multipartite Markovian Quantum Dynamics.

作者信息

Cattaneo Marco, De Chiara Gabriele, Maniscalco Sabrina, Zambrini Roberta, Giorgi Gian Luca

机构信息

Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC, UIB-CSIC), Campus Universitat de les Illes Balears, E-07122 Palma de Mallorca, Spain.

QTF Centre of Excellence, Turku Centre for Quantum Physics, Department of Physics and Astronomy, University of Turku, FI-20014 Turun Yliopisto, Finland.

出版信息

Phys Rev Lett. 2021 Apr 2;126(13):130403. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.130403.

DOI:10.1103/PhysRevLett.126.130403
PMID:33861108
Abstract

We introduce the multipartite collision model, defined in terms of elementary interactions between subsystems and ancillas, and show that it can simulate the Markovian dynamics of any multipartite open quantum system. We develop a method to estimate an analytical error bound for any repeated interactions model, and we use it to prove that the error of our scheme displays an optimal scaling. Finally, we provide a simple decomposition of the multipartite collision model into elementary quantum gates, and show that it is efficiently simulable on a quantum computer according to the dissipative quantum Church-Turing theorem, i.e., it requires a polynomial number of resources.

摘要

我们引入了多体碰撞模型,该模型根据子系统与辅助系统之间的基本相互作用来定义,并表明它可以模拟任何多体开放量子系统的马尔可夫动力学。我们开发了一种方法来估计任何重复相互作用模型的解析误差界,并使用它来证明我们方案的误差呈现最优缩放比例。最后,我们给出了多体碰撞模型到基本量子门的简单分解,并根据耗散量子丘奇 - 图灵定理表明它在量子计算机上是可有效模拟的,即它需要多项式数量的资源。

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