里德堡原子阵列中的随机态生成与制备复杂度

里德伯原子阵列是研究量子多体系统的强大平台。该团队研究了周期性链上的里德伯-伊辛哈密顿量,通过数值模拟分析了在硬件约束和固定演化时间条件下,由随机全局脉冲序列产生的态系综。研究人员将这些态的统计特性与晶格对称性约束下的哈尔随机态进行了比较。在强相互作用区域(原子间距较短),动力学过程受限于有效阻塞效应,导致希尔伯特空间探索受限并抑制纠缠增长。该区域的约化密度矩阵能级间距统计接近随机矩阵理论预测,而测量概率分布则偏离波特-托马斯分布。在弱相互作用区域(原子间距较大),系统经过长时间演化会趋近哈尔随机统计特性,这体现在纠缠熵、纠缠谱统计及测量概率分布等多个维度。研究发现在中等相互作用强度下,该系统能在实验相关时间尺度上实现类似行为。基于此现象,该工作探索了在此区域能否利用量子最优控制高效制备通用对称量子态。通过选取具有宽熵分布系综中的目标态进行模拟,在9个自旋体系中实现了较高保真度(失真度介于10⁻⁵至3×10⁻²之间)。但值得注意的是,保真度会随目标态纠缠熵的增加而降低,这表明在现实约束条件下,高纠缠态本质上更难制备。
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提交arXiv: 2026-04-20 16:13

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