نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
گروه فیزیک نظری و اختر فیزیک، دانشکدة فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز
چکیده
الگوی جینز- کامینگز یک الگوی بسیار کارآمد برای توصیف اندرکنش نور و ماده و همچنین اندرکنش مدهای بوزونی با یک سیستم دو ترازه (کیوبیت) است . این الگو کاربردهای زیادی در زمینة اپتیک کوانتومی و محاسبات کوانتومی دارد. ما برای شبیه‌سازی دینامیک این الگو از یک الگوریتم ترکیبی کوانتومی- کلاسیکی که در آن به طور همزمان کامپیوتر کوانتومی و کلاسیکی به کار میرود، استفاده میکنیم. آماده‌سازی حالت کوانتومی پارامتری و اندازه‌گیری کوانتومی در کامپیوتر کوانتومی انجام می‌شود و بهینه‌سازی پارامترها در کامپیوتر کلاسیکی صورت می‌گیرد. برای به کارگیری الگوریتم‌های ترکیبی کوانتومی- کلاسیکی از کامپیوتر کوانتومی مقیاس- متوسط نوفه‌ای استفاده می‌شود. برای شبیه‌سازی دینامیک الگوی جینز کامینگز ابتدا هامیلتونی این الگو را به شکل کیوبیتی نوشته و سپس یک حالت پارامتری در نظر می‌گیریم و با استفاده از چارچوب الگوریتم دینامیک آن را شبیه‌سازی میکنیم. ما احتمال گذار و اشغال‌شدگی را برای این الگو به دست می‌آوریم که نتایج حاصل از الگوریتم سازگاری بسیار بالایی با جوابهای دقیق دارد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Dynamic Simulation of the Jaynes-Cummings model using the hybrid quantum-classical algorithm
نویسنده [English]
- H Davoodi Yeganeh
Department of theoretical and astrophysics, Faculty of Physics, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]
The Jaynes-Cummings model is the canonical model for atom-light interactions, describing a single confined bosonic mode interacting with a two-level system (qubit). This is sufficient to describe a wide range of phenomena in quantum optics and quantum computing. We simulate the dynamics of this model using the hybrid quantum-classical algorithm (HQCA) consisting of quantum and classical computers. The parametric quantum state preparations and quantum measurements are performed on the quantum computer and parameters optimization employ on the classic computer. For implement of hybrid quantum-classical algorithms, the Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) computer is used. In Noisy Intermediate Scale Quantum computers, we don’t need to error correction. For this purpose, we transform Hamiltonian to qubit form and using an algorithm to obtain the dynamic of the Jaynes-Cummings model. We obtain occupation probability and transition probability in the Jaynes-Cummings model using the hybrid quantum-classical algorithm. The output of the algorithm is compatible with the exact calculation.
کلیدواژه‌ها [English]
- Jaynes-Cummings model
- quantum dynamics
- hybrid quantum-classical algorithm
- E T Jaynes, and F W Cummings, Proceedings of the IEEE, 51,1 (1963) 89.
- D Gerace, et al., Nature Physics, 5, 4 (2009) 281.
- J Kukliński, and J Madajczyk, Physical Review A, 37, 8 (1988) 3175.
- A Gomes, and A Vidiella-Barranco, Applied Mathematics & Information Sciences 8, 2 (2014) 727.
- C Law, and J Eberly, Physical Review Letter 76, 7 (1996) 1055.
- F W Strauch, K Jacobs, and R W Simmonds, Physical Review Letters 105, 5 (2010) 050501.
- A M Childs, and I L Chuang, Physical Review A, 63, 1 (2000) 012306.
- R Juárez-Amaro, A Zuñiga-Segundo, and H Moya-Cessa, Applied Mathematics & Information Sciences 9, 1 (2015) 299.
- R P Feynman, Int. J. Theor. Phys. 21 (1999) 6.
- A Peruzzo, et al., Nature communications 5 (2014) 4213.
- P J O’Malley, et al., Physical Review X. 6, 3 (2016) 031007.
- Y Li, and S C Benjamin, Physical Review X. 7, 2 (2017) 021050.
- O Higgott, D Wang, and S Brierley, Quantum 3 (2019) 156.
- E Farhi, J Goldstone, and S Gutmann, A quantum approximate optimization algorithm. arXiv preprint arXiv:1411.4028, (2014).
- F Cummings, Physical Review 140, 4A (1965) A1051.
- B W Shore, Journal of Modern Optics. 54, 13-15 (2007) 2009.
- R Bose, et al., Nature Photonics 8, 11 (2014) 858.
- J Fink, et al., Nature 454, 7202 (2008) 315.
- B W Shore and P L Knight, Journal of Modern Optics 40, 7 (1993) 1195.
- R Somma, et al., International Journal of Quantum Information 1, 02 (2003) 189.
)