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物质相内基态和热态的高效学习

Efficient learning of ground and thermal states within phases of matter.

作者信息

Rouzé Cambyse, Stilck França Daniel, Onorati Emilio, Watson James D

机构信息

Inria, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau, France.

Univ Lyon, ENS Lyon, UCBL, CNRS, Inria, LIP, F-69342, Lyon Cedex 07, France.

出版信息

Nat Commun. 2024 Sep 5;15(1):7755. doi: 10.1038/s41467-024-51439-x.

DOI:10.1038/s41467-024-51439-x
PMID:39237518
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11377737/
Abstract

We consider two related tasks: (a) estimating a parameterisation of a given Gibbs state and expectation values of Lipschitz observables on this state; (b) learning the expectation values of local observables within a thermal or quantum phase of matter. In both cases, we present sample-efficient ways to learn these properties to high precision. For the first task, we develop techniques to learn parameterisations of classes of systems, including quantum Gibbs states for classes of non-commuting Hamiltonians. We then give methods to sample-efficiently infer expectation values of extensive properties of the state, including quasi-local observables and entropies. For the second task, we exploit the locality of Hamiltonians to show that M local observables can be learned with probability 1 - δ and precision ε using samples - exponentially improving previous bounds. Our results apply to both families of ground states of Hamiltonians displaying local topological quantum order, and thermal phases of matter with exponentially decaying correlations.

摘要

我们考虑两个相关任务

(a)估计给定吉布斯态的参数化以及该态上李普希茨可观测量的期望值;(b)学习物质热相或量子相内局部可观测量的期望值。在这两种情况下,我们都提出了样本高效的方法来高精度地学习这些性质。对于第一个任务,我们开发了学习系统类参数化的技术,包括非对易哈密顿量类的量子吉布斯态。然后,我们给出了有效采样推断态的广延性质期望值的方法,包括准局部可观测量和熵。对于第二个任务,我们利用哈密顿量的局域性表明,使用样本可以以概率1 - δ和精度ε学习M个局部可观测量,这比之前的界限有指数级的改进。我们的结果适用于显示局域拓扑量子序的哈密顿量基态族以及具有指数衰减关联的物质热相。

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