Statistical Properties of a Quantum Cellular Automaton
研究了一种量子元胞自动机(QCA),它的时间演化由经典元胞自动机(CA)的全局转移函数定义。为了研究CA到QCA的自然转换,本文的QCA包括了具有Wolfram规则150和105的CA作为特例。我们首先计算QCA的时间演化,并研究其统计性质。作为一个基本的统计值,发现一个活跃的细胞的概率在一个时空空间的平均值,并考虑CA和QCA之间的差异。此外,它表明,在QCA的统计性质有关的经典轨迹的配置空间。
2005-06-28 quant-ph
Quantum Cloning by Cellular Automata
我们介绍了一种量子元胞自动机,实现了近似相位协变克隆的量子比特。该自动机被优化为1到2N的经济克隆。使用的自动机克隆允许我们利用不同的叶状提高性能与给定的资源。
2013-04-02 quant-ph
From quantum cellular automata to quantum lattice gases
纳米级量子计算的一种自然结构是量子元胞自动机。基于这一观察,在本文中,我们开始调查的正是酉元胞自动机。在证明了一维不存在非平凡的、齐次的、局部的、酉的、标量的元胞自动机之后,我们削弱了齐次条件,证明了存在非平凡的、精确酉的、划分的元胞自动机。我们发现一个参数家庭的演化规则,最好的解释为一个粒子的量子自动机。这个模型自然地重新制定为一个两个组件的元胞自动机,我们证明限制狄拉克方程。我们描述了两个推广的自动机,其中第二个,多个相互作用的粒子,是正确的定义的量子格子气。
1996-11-13 comp-gas hep-th nlin.CG
A Lagrangian-Driven Cellular Automaton Supporting Quantum Field Theory
物理学领域的元胞自动机模型越来越受欢迎。元胞自动机(CA)支持离散状态元件值的系统建模,并强制执行这样的系统的动态演化的全面规范。由于物理学的许多领域都可以从一个特定的拉格朗日量开始描述,因此直接从拉格朗日量(或类似的构造,如哈密顿量或作用量)推导出元胞自动机的想法并不新鲜。然而,之前的工作表明,经典CA可能不是更先进物理理论(例如量子场论)建模的足够基础。具体来说,量子场论中的相互作用的建模需要经典CA的扩展和修改。本文提出了一种适用于支持量子场论的扩展元胞自动机。
2015-08-23 physics.comp-ph quant-ph
A gauge-invariant reversible cellular automaton
规范不变性是物理学中的一个基本概念-为所有四种基本力提供了数学证明。在本文中,我们提供离散对应的主要规范理论的概念,直接在元胞自动机。更确切地说,我们描述了一步一步的测量程序,以执行本地对称性后,一个给定的元胞自动机。我们将其应用到一个简单的可逆元胞自动机的具体性。从计算机科学的角度来看,离散规范理论可以应用于数值分析,量子模拟,容错(量子)计算。从数学的角度来看,离散性提供了一个简单而严格的路线,直接到核心概念。
2018-04-10 cs.FL nlin.CG quant-ph
A Possible Nanometer-scale Computing Device Based on an Adding Cellular Automaton
提出了一种简单的一维元胞自动机(CA),它具有两个二进制数组成的初始状态快速演化为它们的和的最终状态的性质.我们称这种CA为加法元胞自动机(ACA)。ACA只需要2N个双态单元,以便添加任何两个N-1位二进制数。ACA可以直接实现为无线纳米级计算设备-使用耦合量子点的一种可能的实现方式进行了概述。
1997-03-10 cond-mat.mes-hall physics.pop-ph quant-ph
The Thirring quantum cellular automaton
我们解析地对角化了一个在二粒子扇区中的离散时间现场相互作用费米子元胞自动机。解的重要特征明显不同于类似的哈密顿模型。特别地,我们发现了更广泛的散射过程,我们有束缚态的总动量的每一个值,并存在束缚态也在自由的情况下,其中的耦合常数为零。
2017-11-10 cond-mat.str-el quant-ph
A Simple n-Dimensional Intrinsically Universal Quantum Cellular Automaton
我们描述了一个简单的n维量子元胞自动机(QCA)能够模拟所有其他的,在初始配置和任何n维QCA的前向演化可以编码内的初始配置的内在普遍的QCA。几个步骤的固有的普遍QCA,然后对应于一个步骤的模拟QCA。模拟保持拓扑结构的意义上说,模拟QCA的每个单元被编码为一组相邻的单元在通用QCA。
2010-10-12 quant-ph
Asymptotic properties of the Dirac quantum cellular automaton
我们证明了狄拉克量子元胞自动机[Ann.Phys.354(2015)244]与离散时间量子行走有许多共同的性质。这些相似之处可以用来研究自动机作为一个单一的过程,发生在一个有规律的时间步骤的一维晶格,在一般的量子元胞自动机的精神。通过这种方式,它成为量子行走的替代方案,具有可以由参数控制的色散关系,该参数在量子行走中扮演类似于硬币角度的角色。在适当的极限下恢复了Dirac哈密顿量。我们提供了两个独立的分析近似的长期概率分布。结果表明,从本地化的条件下,内部和运动的自由度之间的纠缠熵的渐近值克服了已知的限制,接近相同的初始条件下的量子行走,并实现了类似的狄拉克方程的高度本地化的状态。
2016-01-25 quant-ph
A perturbative approach to the solution of the Thirring quantum cellular automaton
该文提出一种微扰方法求解Thirring量子元胞自动机,通过展开相互作用顶点和质量参数,计算了二、三粒子扇区的转移矩阵,并得到适用于一维在位粒子数守恒相互作用多粒子扇区的通用结果。
2024-06-28 quant-ph
Path-integral solution of the one-dimensional Dirac quantum cellular automaton
量子元胞自动机是近年来研究量子场论的一种基本方法,它是一维Dirac方程的一种精确的线性自动机。在这种线性情况下,量子自动机同构于量子行走,并且可以根据转移矩阵给出一个方便的公式,从而导致一种新的离散路径积分,我们根据Jacobi多项式对任意质量参数解析求解。
2014-06-04 hep-lat math-ph math.MP
Fibonacci many-body scars in a decorated Rule-54 quantum cellular automaton
Shanghai University(上海大学);National University of Singapore(新加坡国立大学)
本文提出了一种基于Rule-54量子细胞自动机内在孤子结构的精确疤痕构造方法,展示了通过有限轨道结构可工程化实现精确多体疤痕,并为数字量子模拟疤痕细胞自动机动力学提供了直接起点。
2026-05-18 quant-ph
Cellular-automaton decoders for topological quantum memories
我们引入了一个新的框架来构建拓扑量子存储器,通过重铸错误恢复作为一个动态过程的场生成元胞自动机。我们设想量子系统由一个经典硬件控制,该硬件由小型本地存储器组成,与邻居通信,并重复执行相同的简单更新规则。这种方法不需要任何全局操作或复杂的解码算法。我们的元胞自动机从经典的场论中汲取灵感,并从局部动力学中自然产生了类似库仑的势。对于一个3D自动机耦合到一个2D复曲面代码,我们提出了证据的纠错阈值高于6.1%的不相关噪声。配备更复杂更新规则的2D自动机产生高于8.2%的阈值。我们的框架提供了决定性的新工具,在寻求实现被动耗散量子存储器。
2015-10-27 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Entanglement dynamics and ergodicity breaking in a quantum cellular automaton
在里德伯原子阵列的封锁机制中观察到了各态历经性的破缺,其形式为低纠缠本征态,即不能热化的疤痕。这些状态的特征在周期性驱动的系统中持续存在,在那里它们与大量的混沌状态共存。在这里,我们研究一个量子元胞自动机的基础上的经典规则,更新一个网站,如果它的两个邻居是在较低的状态。我们证明了遍历性的破缺可以扩展到混沌状态。遍历性的动力学破缺是由传播纠缠的手征准粒子激发控制的。发现了非局域纠缠的证据,表明这些非热混沌态可能对量子计算有用。
2022-07-12 cond-mat.other quant-ph
Cellular-automaton decoders with provable thresholds for topological codes
我们提出了一个新的元胞自动机(CA),扫描规则,推广Toom的规则,任何局部欧几里德格。我们使用扫描规则来设计一个本地解码器的复曲面码在$d\geq 3$维,扫描解码器,并严格建立其性能的下限。我们还数值估计扫描解码器阈值的三维环面代码的立方和体心立方晶格现象学的相位翻转噪声。我们的研究结果导致新的CA解码器与可证明的纠错阈值的其他拓扑量子码,包括颜色码。
2018-09-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
When is a Quantum Cellular Automaton (QCA) a Quantum Lattice Gas Automaton (QLGA)?
量子元胞自动机(QCA)是从量子模拟的角度特别感兴趣的量子计算模型。量子格子气自动机(QLGA - equivalently partitioned quantum元胞自动机)是QCA的一个有趣的子类. QLGA比QCA更深入地分析,而一般的QCA可能捕获更广泛的量子行为。因此,区分QLGA和QCA是一个重要的问题。尽管有很多先前的工作,分类QCA是QLGA仍然是一个悬而未决的问题。本文建立了无界有限量子元胞自动机(QCA)(在静止背景中有许多活动元胞)成为量子格子气自动机(QLGA)的充要条件。我们定义了一个局部条件,分类那些QCA是QLGA,我们表明,有QCA是不是QLGA。我们使用了一些工具,从功能分析的可分希尔伯特空间和表示理论的结合代数,使我们能够处理QCA有限,但无界配置的全部细节。
2014-01-15 math-ph math.FA math.MP
A quantum cellular automaton for one-dimensional QED
本文提出了一种基于量子元胞自动机的一维量子电动力学(Schwinger模型)的离散时空模型,即局域量子门的几何不变电路.它们具有精确的规范协方差和最大的信息传播速度。在这幅图中,相互作用量子场论被定义为一个“收敛”的量子元胞自动机序列,由时空晶格间距参数化--包含连续极限和重整化的概念,同时提供了一个量子模拟算法的动力学。
2020-02-04 cond-mat.other cs.DM hep-lat
Integrability breaking in the Rule 54 cellular automaton
元胞自动机作为探索多体量子混沌和流体力学的实验平台,近年来引起了人们的广泛关注。我们考虑规则54模型,其中一个最简单的相互作用的可积模型,具有两个物种的准粒子(孤子),在存在的可积性破坏扰动,允许孤子后向散射。我们研究了在这个模型中的热化和扩散流体力学的发病,微扰计算示踪粒子的扩散常数,并评论其关系到输运系数。
2022-04-10 cond-mat.stat-mech nlin.CG nlin.SI