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Noise robust detection of quantum phase transitions

Lively, Kevin und Bode, Tim und Szangolies, Jochen und Zhu, Jian-Xin und Fauseweh, Benedikt (2024) Noise robust detection of quantum phase transitions. Physical Review Research, 6 (043254). American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevResearch.6.043254. ISSN 2643-1564.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
809kB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.6.043254

Kurzfassung

Quantum computing allows for the manipulation of highly correlated states whose properties quickly go beyond the capacity of any classical method to calculate. Thus one natural problem which could lend itself to quantum advantage is the study of ground-states of condensed matter models, and the transitions between them. However, current levels of hardware noise can require extensive application of error-mitigation techniques to achieve reliable computations. In this work, we use several IBM devices to explore a finite-size spin model with multiple "phaselike" regions characterized by distinct ground-state configurations. Using preoptimized Variational Quantum Eigensolver (VQE) solutions, we demonstrate that in contrast to calculating the energy, where zero-noise extrapolation is required in order to obtain qualitatively accurate yet still unreliable results, calculations of the energy derivative, two-site spin correlation functions, and the fidelity susceptibility yield accurate behavior across multiple regions, even with minimal or no application of error-mitigation approaches. Taken together, these sets of observables could be used to identify level crossings in a simple, noise-robust manner which is agnostic to the method of ground state preparation. This work shows promising potential for near-term application to identifying quantum phase transitions, including avoided crossings and nonadiabatic conical intersections in electronic structure calculations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210526/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Noise robust detection of quantum phase transitions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lively, Kevinkevin.lively (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bode, Timt.bode (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Szangolies, JochenJochen.Szangolies (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1141-3225173936938
Zhu, Jian-Xinjxzhu (at) lanl.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fauseweh, BenediktBenedikt.Fauseweh (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Dezember 2024
Erschienen in:Physical Review Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.043254
Verlag:American Physical Society
ISSN:2643-1564
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Computing, Error Mitigation, Superconducting qubits, phase transitions, spin models, condensed matter
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - ELEVATE
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Lively, Kevin
Hinterlegt am:17 Dez 2024 12:55
Letzte Änderung:17 Dez 2024 12:55

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