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
  1.         E T Jaynes, and F W Cummings, Proceedings of the IEEE, 51,1 (1963) 89.
  2. D Gerace, et al., Nature Physics, 5, 4 (2009) 281.
  3. J Kukliński, and J Madajczyk, Physical Review A, 37, 8 (1988) 3175.
  4. A Gomes, and A Vidiella-Barranco, Applied Mathematics & Information Sciences  8, 2 (2014) 727.
  5. C Law, and J Eberly, Physical Review Letter 76, 7 (1996) 1055.
  6. F W Strauch, K Jacobs, and R W Simmonds, Physical Review Letters  105, 5 (2010) 050501.
  7.         A M Childs, and I L Chuang, Physical Review A, 63, 1 (2000) 012306.
  8.         R Juárez-Amaro, A Zuñiga-Segundo, and H Moya-Cessa, Applied Mathematics & Information Sciences 9, 1 (2015) 299.
  9. R P Feynman, Int. J. Theor. Phys. 21 (1999) 6.
  10. A Peruzzo, et al., Nature communications  5 (2014) 4213.
  11. P J O’Malley, et al., Physical Review X. 6, 3 (2016) 031007.
  12. Y Li, and S C Benjamin, Physical Review X. 7, 2 (2017) 021050.
  13. O Higgott, D Wang, and S Brierley, Quantum 3 (2019) 156.
  14. E Farhi, J Goldstone, and S Gutmann, A quantum approximate optimization algorithm. arXiv preprint arXiv:1411.4028, (2014).
  15. F Cummings, Physical Review  140, 4A (1965) A1051.
  16. B W Shore, Journal of Modern Optics. 54, 13-15 (2007) 2009.
  17. R Bose, et al., Nature Photonics  8, 11 (2014) 858.
  18. J Fink, et al., Nature 454, 7202 (2008) 315.
  19. B W Shore and P L Knight, Journal of Modern Optics 40, 7 (1993) 1195.
  20. R Somma, et al., International Journal of Quantum Information 1, 02 (2003) 189.

تحت نظارت وف ایرانی