Treffer: Exploring correlated quantum matter in quantum simulation : from variational state preparation and verification to entanglement learning ; Untersuchung korrelierter Quantenmaterie in der Quantensimulation : von variationeller Zustandspräparation und Verifizierung zum Verschränkungslernen

Quantentechnologien eröffnen die Möglichkeit, effiziente Lösungen für viele wichtige mathematische und physikalische Problemstellungen bereitzustellen, mit potenziell transformativen Auswirkungen auf Technologie und Gesellschaft. Insbesondere zeichnet sich ab, dass die aktuelle Entwicklung von programmierbaren Quanten-Vielteilchen-Systemen, die aus hunderten von Teilchen bestehen, es erm\"oglichen wird, das Quanten-Vielteilchen-Problem in einem Bereich zu untersuchen, der für herkömmliche Computer unzugänglich ist. Die vorliegende Arbeit leitet sich von diesen Entwicklungen ab und versucht Protokolle zur effizienten Präparation, Verifikation und Analyse von komplexen quantenmechanischen Vielteilchenzuständen zu etablieren. Teil I dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau einer hybriden Quanten-Rückkopplungsschleife, die als Schnittstelle zwischen einem programmierbaren Ionenfallen Quantensimualtor und klassischer Optimierungssoftware etabliert wird. Dieses Setup wird verwendet um Gleichgewichtseigenschaften einer Gitterversion des Schwinger-Modells zu untersuchen -- eine Eichfeldtheorie, die zur Beschreibung 1+1-dimensionaler Quantenelektrodynamik herangezogen wird. Insbesondere werden approximative Grundzustände des Modells auf Ionenketten von bis zu 20 Ionen mittels variationeller Quantensimulation realisiert. Des Weiteren verwenden wir das Setup, um Quantenphasenübergange zu untersuchen, die sich durch Variation der Systemparameter im Grundzustand des Modells ergeben. Das Protokoll wird weiters mit einer Routine zur Selbstverifikation ausgestattet, die darauf basiert, dass algorithmische Fehlerbalken des Modells im Zielzustand ausgewertet werden, welche verschwinden, wenn sich der Variationszustand einem Eigenzustand des untersuchten Modells annähert. Der erste Teil dieser Arbeit wird durch einen Ausblick abgeschlossenen, der verschiedene Techniken zur Verifikation von Quanten-Hardware aus unterschiedlichen Blickwinkeln diskutiert. Im Teil II der vorliegenden Arbeit stellen wir ...