Publizierte Arbeiten

Nature Physics

Unravelling quantum dynamics using flow equations (Juli 2024)

Steven J. Thomson & J. Eisert

DOI: 10.1038/s41567-024-02549-2

In der Arbeit wird eine radikal neue Methode vorgeschlagen, mit der Systeme der Festkörpertheorie klassisch für Nichtgleichgewichts-Phänomene simuliert werden könnten. Dieser neue kombinierte numerische Ansatz ermöglicht es Forschenden, genaue Abschätzungen der langfristigen Eigenschaften von ein- und zweidimensionalen Quantensystemen zu machen.

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Beitrag "Behind the Paper"

Exponentially tighter bounds on limitations of quantum error mitigation (Juli 2024)

Yihui Quek, Daniel Stilck França, Sumeet Khatri, Johannes Jakob Meyer & Jens Eisert

DOI: 10.1038/s41567-024-02536-7

Die Autoren adressieren eine zentrale Herausforderung im Quantencomputing: den Umgang mit Fehlern in verrauschten Quantensystemen. Sie zeigen, dass selbst bei verbesserten Techniken zur Fehlerminderung grundlegende Einschränkungen bestehen bleiben. Die Studie zeigt, dass Fehlermitigation als skalierbares Schema nicht funktioniert: De Quantenfehlerminderung kann zwar nützlich sein, kann aber Quantenfehlerkorrekturcodes nicht vollständig ersetzen.

Da Fehlermitigation bei vielen IT-Unternehmen strategisch genutzt wird, stößt die Publikation die Diskussion über imperfekte Quantenrechner an und trägt zum Verständnis des Gleichgewichts zwischen Fehlerminderung und dem erforderlichen rechnerischen Aufwand bei.

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Beitrag "Behind the Paper"

Pressemitteilung zur Publikation (Math+)

Beitrag zur Publikation auf phys.org

Nature Communications

Probing coherent quantum thermodynamics using a trapped ion (August 2024)

O. Onishchenko, G. Guarnieri, P. Rosillo-Rodes, D. Pijn, J. Hilder, U. G. Poschinger, M. Perarnau-Llobet, J. Eisert, F. Schmidt-Kaler

DOI: 10.1038/s41467-024-51263-3

Die Arbeit zeigt, dass man Quantenmechanik braucht, um Thermodynamik zu verstehen.

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Physical Review Letters

Semi-Device-Independently Characterizing Quantum Temporal Correlation (Mai 2024)

Shin-Liang Chen & Jens Eisert

DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.220201

Die Autoren präsentieren einen Ansatz für die Charakterisierung temporaler Korrelationen, bei dem ein Anfangszustand gemessen, durch einen Quantenkanal gesendet und erneut gemessen wird.

Der Ansatz ist für die Zertifizierung von Quantenprozessen nützlich, auch wenn die Quantenmittel uncharakterisiert oder teilweise charakterisiert sind. Er ermöglicht die Begrenzung der maximalen Verletzung Bellscher Ungleichungen, die Quantifizierung der zeitlichen Steuerbarkeit und die Bestimmung der maximalen Erfolgswahrscheinlichkeit bei Quanten-Zufallszugriffscodes.

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Shallow shadows: Expectation estimation using low-depth random Clifford circuits (Juli 2024)

Christian Bertoni, Jonas Haferkamp, Marcel Hinsche, Marios Ioannou, Jens Eisert & Hakop Pashayan

DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.020602

In der Arbeit werden praktische Ansätze vorgestellt, mit denen die Eigenschaften von Quantenzuständen mit wenigen Messungen geprüft werden können. Mit nur logarithmisch tiefen Schaltkreisen, nur wenig mehr als konstant, kann man viele Eigenschaften von Systemen auslesen und messen.

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Eingereichte Arbeiten kurz vor der Veröffentlichung

Nature Communications

Robustly learning the Hamiltonian dynamics of a superconducting quantum processor (Pre-Print)

Dominik Hangleiter, Ingo Roth, Jonas Fuksa, Jens Eisert & Pedram Roushan

DOI: 10.48550/arXiv.2108.08319

Die Quantenphysiker der Freien Universität Berlin haben mit dem Team von Google Quantum AI zusammengearbeitet und den Google-Sycamore Quantenchip kalibriert.

Die Wissenschaftler verwendeten gemessene Zeitreihen, um die Hamilton-Parameter im supraleitenden Qubit-Quantenprozessor robust zu schätzen und dabei Rausch- und Vorbereitungsfehler zu minimieren. Sie entwickelten eine neue Technik namens tensorESPRIT, um Frequenzen aus Matrix-Zeitreihen zu extrahieren und kombinierten sie mit optimierten Algorithmen, um die Hamilton-Parameter für bis zu 14 gekoppelte Qubits mit hoher Präzision zu identifizieren.

Diese wissenschaftliche Arbeit beschreibt ein neues Werkzeug zur Verbesserung und Kalibrierung analoger Quantenprozessoren.

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Verifiable measurement-based quantum random sampling with trapped ions (Pre-Print)

Martin Ringbauer, Marcel Hinsche, Thomas Feldker, Paul K. Faehrmann, Juani Bermejo-Vega, Claire Edmunds, Lukas Postler, Roman Stricker, Christian D. Marciniak, Michael Meth, Ivan Pogorelov, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Jens Eisert, Thomas Monz&  Dominik Hangleiter

DOI: 10.48550/arXiv.2307.14424

Quantenrechner erlauben jetzt schon Quantenvorteile für paradigmatische Probleme: Für diese – allerdings noch nicht praktisch motivierten – Probleme können jetzt schon Quantenrechner klassische Superrechner schlagen. Allerdings bleibt die Verifikation dieser Experimente eine große Herausforderung. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie sich das korrekte Funktionieren solcher Experimente verifizieren lässt und demonstriert, wie sich die theoretischen Ergebnisse in einem Quantenprozessor gefangener Ionen experimentell umsetzen lassen.

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