Electric polarization in Chern insulators: Unifying many-body and single-particle approaches
University of Maryland（马里兰大学）；Joint Quantum Institute（联合量子研究所）
本文统一了Chern绝缘体中多体和单粒子方法的极化定义，证明在适当选择实空间和动量空间原点时，两种极化定义相等。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Extraction of many-body Chern number from a single wave function
整数和分数量子霍尔态的量子化霍尔电导率与拓扑不变量--多体陈数直接相关。传统的计算相互作用系统中的这个不变量需要一族由扭转角参数化的多体波函数来计算Berry曲率。在本文中，我们演示了如何提取陈数给定一个单一的多体波函数，不知道的哈密顿量。对于BTH状态，我们的方法需要一个额外的整数不变量作为输入：$2π$通量量子的数量，$s$，必须插入以获得拓扑平凡的激发。正如我们所讨论的，$s$原则上可以从环面上基态波函数的简并集得到，而不需要知道哈密顿量。我们进行了广泛的数值模拟，涉及IQH和CNOH状态，以验证这些方法。
2020-06-24 cond-mat.str-el hep-th math-ph
Statistical correlations between locally randomized measurements: a toolbox for probing entanglement in many-body quantum states
我们开发了一个一般的理论框架，测量协议采用随机测量的统计相关性。我们专注于在量子晶格模型中实现局部随机测量与局部随机幺正。特别地，我们讨论了最近在捕获离子量子模拟器中测量高度混合的量子态的第二雷尼熵的理论细节，该量子态由多达$10$量子位组成[Brydges等人，Science 364，260（2019）]。我们推广的协议，以访问的量子态，在实验中顺序准备的重叠。此外，我们讨论的建议量子态断层扫描的基础上随机测量在我们的框架内和相应的缩放系统大小的统计误差。
2019-05-20 quant-ph
Unitary preparation of many body Chern insulators: Adiabatic bulk boundary correspondence
我们接近长期存在的问题，准备一个平衡的多体陈氏绝缘体（CI）和相关的体边界对应统一。在这里，这是解决通过构建一个动态的多体陈省身不变量利用大体积宏观电极化（雷斯塔极化）的CI的属性。这个陈不变量定义从可观察的相关性也建立了拓扑分类许多身体陈平衡态。不变量的非平衡行为是通过将石墨烯的典范Haldom模型从平凡阶段斜升到拓扑阶段来探索的。我们表明，一个非线性的斜坡可以更有效地接近拓扑状态，从而建立一个最佳的拓扑状态准备的存在。此外，为了保证量子临界点附近的近绝热动力学，我们提出了一个新的反非绝热方案。通过观察一个新出现的$U(1)$拓扑电荷，牢固地建立了准备状态的拓扑性质。我们还计算了在半周期边界条件下系统时间演化态的边缘电流，并清楚地建立了绝热体-边界对应关系，这坚定地证明了多体不变量的有效性。
2020-09-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Non-Abelian Fractional Chern Insulators from Long-Range Interactions
分数Chern绝缘体（FCI）的理论发现为在晶格模型中实现拓扑有序态提供了一条重要的新途径。在早期的工作中，现场和最近的邻居哈伯德类相互作用已被广泛用于稳定阿贝尔FCI系统与近平坦，拓扑非平凡带。然而，尝试使用两体相互作用来稳定非阿贝尔FCI，其中在杂质存在下的基态可以通过任意子编织被大量简并和操纵，已经证明在均匀晶格系统中是非常困难的。在这里，我们研究的显着效果的长程相互作用的晶格模型，拥有一个完全平坦的最低带与单位陈数。当两体长程相互作用的无自旋玻色子部分填充最低的Chern带时，我们发现了具有非阿贝尔任意子统计的带隙玻色子Read-Rezayi（RR）相的令人信服的证据。我们通过研究拓扑简并、两体相互作用的基态与三体和四体相互作用的精确RR基态之间的重叠以及粒子切割纠缠谱中的态计数来表征这些态。此外，我们演示了如何近似的晶格形式的Halfton的赝势，类似于在连续，可以作为一个有效的指导原则，在寻找晶格模型与稳定的非阿贝尔相位。
2013-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Non-relativistic solutions for three-body molecules within a Chern-Simons model
研究用Numerov方法数值计算二维Chern-Simons势下四种μ分子和电子分子的束缚态波函数与基态能量，并与对数势平面研究及三维Coulomb势类比结果比较。
2021-09-21 physics.atm-clus quant-ph
Dissipative preparation of many-body Floquet Chern insulators
考虑到耦合到一个微结构浴作为一个周期性驱动的耗散Halfton模型的松弛机制，我们建立了该系统可以调谐到频闪拓扑稳态在所有有限的温度。周期性驱动的振幅和频率是这样选择的，即在酉情况下，描述Haldom模型在频闪时刻的Floquet哈密顿量在拓扑上是非平凡的。我们建立，在频闪稳定状态，系统达到热状态的Floquet哈密顿量在一个受控的温度。此外，据观察，即使与准本地浴耦合，显着的陈氏绝缘体确实可以在陈氏非平凡的纯稳态，预计表现出频闪体边界对应准备。利用陈省身绝缘体的宏观体电极化在其拓扑相的非唯一性，我们提出了一个广义的陈省身不变量，反映了拓扑结构的平衡多体频闪状态的Haldom模型，即使在一个耗散的氛围。动力学陈氏绝缘体的广义拓扑结构依赖于单粒子相关性，预计将在探测多体量子观测量的实验中表现出来。
2020-05-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating bosonic Chern insulators in one-dimensional optical superlattices
研究了一维光学超晶格中超冷玻色子原子实现的具有周期调制跳跃和在位势参数的扩展Bose-哈伯德模型的拓扑性质.我们表明，在半填充和深莫特绝缘制度的相互作用玻色子链可以模拟玻色子陈绝缘体的拓扑相图类似的Haldom模型的非相互作用费米子。通过计算多体Chern数、准粒子能谱、相互作用玻色子的拓扑抽运以及从正常（平凡）到拓扑莫特绝缘体的拓扑相变，我们进一步研究了基态的拓扑性质.我们还提出了全球相图的多体基态，其中包含一个超流相和两个莫特绝缘相平凡（零陈数）和非平凡的拓扑结构（非零陈数），分别。
2020-02-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Topological two-body interaction obstructing trivial ground states: an indicator of fractional Chern insulators
Graduate School of Engineering, Kyushu Institute of Technology（九州工业大学研究生院）；Department of Physics, University of Tsukuba（筑波大学物理系）
研究拓扑双体相互作用对FCIs稳定性的拓扑影响，揭示陈数与填充分数的关系，为实现新型量子态提供新思路。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pairwise Liouvillian learning from randomized measurements: practical aspects and guidelines for operating the protocol in large-scale experiments
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, LPMMC（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，微观与介观物理实验室）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Quobly
本文回顾并数值研究了基于随机Pauli态和测量的Liouvillian学习协议，提出了一种高效成对获取Liouvillian系数的方法，其经典内存需求与系统大小无关，并给出了最小化总重构误差的参数选择指南。
2026-05-26 quant-ph
Collective randomized measurements in quantum information processing
本文提出集体随机测量方法，通过集体角动量测量与多边幺正旋转，在不依赖集体参考系的情况下表征量子纠缠，并给出基于三体关联的新判据。
2024-08-08 quant-ph
Successive randomized compression: A randomized algorithm for the compressed MPO-MPS product
Department of Computing and Mathematical Sciences, California Institute of Technology（加州理工学院计算与数学科学系）
本文提出连续随机压缩算法，用于高效计算MPO-MPS乘积的压缩表示，提升了计算速度和准确性。
2026-02-11 cond-mat.str-el cs.NA math.NA
Majorana charges, winding numbers and Chern numbers in quantum Ising models
将多体态映射到参数空间的环上是刻画量子态的一种简单方法。基于一个具有短程和长程相互作用的广义量子自旋系统，研究了这种几何表示与Chern数和Majorana零模概念的联系.证明了拓扑不变量、相应Bloch带的Chern数与辅助平面上的缠绕数等价，可以用来刻画相图。引入了马约拉纳荷的概念，其大小由零模态下马约拉纳费米子几率的分布来定义，符号由马约拉纳费米子的类型来定义。通过对Majorana模的直接计算，我们从解析和数值上证明了Majorana荷等于陈数和缠绕数。
2016-05-06 cond-mat.str-el quant-ph
Probing Quantum Information Scrambling via Local Randomized Measurements
Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, and School of Physics, South China Normal University（原子与亚原子结构及量子控制重点实验室（教育部），物质结构与基本相互作用广东省基础研究中心，华南师范大学物理学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, and Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（广东省量子工程与量子材料重点实验室，粤港量子物质联合实验室，华南师范大学物理学前沿研究院）
本文通过局部随机化测量探测量子信息混饨，利用平均可访问信息量化信息动态，推导出在Haar随机测量下的解析表达式，并展示其与局部简化的密度矩阵纯度相关，通过数值模拟揭示不同混饨行为。
2026-08-21 quant-ph
Probabilistic low-rank factorization accelerates tensor network simulations of critical quantum many-body ground states
我们提供的证据表明，随机低秩因式分解是一个强大的工具，通过张量网络技术的低维晶格哈密顿量的基态属性的确定。特别是，我们表明，随机矩阵分解优于截断奇异值分解的基础上，国家的最先进的确定性例程在TEBD和DMRG风格的模拟，即使当所研究的系统接近一个相变：我们报告的债券或局部尺寸的线性加速，高达24倍，在准二维圆柱形系统。
2017-10-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dissipative preparation of Chern insulators
工程耗散可以用来制备感兴趣的量子多体态的非平衡方式。其基本思想是获得感兴趣的状态作为量子主方程的唯一稳态，而与初始状态无关。由于拓扑和局部性的根本竞争，具有非零陈数的带隙拓扑相的耗散制备迄今为止仍然是难以捉摸的。本文在Lindblad主方程的框架下研究了二维晶格上费米子的开放量子系统动力学。特别是，我们发现了一种机制，耗散准备一个非零陈数的拓扑稳态的短程系统浴相互作用。非常值得注意的是，这在非平衡相图中产生了稳定的拓扑相。我们演示了如何我们的理论建设可以实现在一个微观模型，是实验可行的冷原子在光晶格。
2015-04-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dropping an impurity into a Chern insulator: a polaron view on topological matter
研究了杂质粒子与处于陈氏绝缘态的费米气体相互作用的性质。这种相互作用导致了奇异极化子的形成，它由拓扑平凡杂质和周围拓扑云的相干叠加组成。我们通过计算其横向（霍尔）电导率，使用图解法以及变分法来表征这个有趣的拓扑复合对象。的“极化霍尔电导率”被证明是非零的，每当周围的云是准备在一个非平凡的陈绝缘状态，我们归因于由敷料云上的杂质所施加的横向阻力。这样，极化子通过真正的相互作用效应部分继承了陈氏绝缘体的拓扑性质。这也分析了微观水平的波函数，通过确定一个“复合Berry曲率”的极化子，它密切模仿的Berry曲率的陈省身绝缘体的能带结构。最后，我们讨论了如何在冷原子实验中，利用现有的技术，拓扑结构和多体相关性之间的相互作用可以进行研究。
2019-02-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Relationship between two-particle topology and fractional Chern insulator
分数量子Hall（Hohl）系统的格点推广，称为分数Chern绝缘体（FCI），在强关联系统中得到了广泛的研究。尽管做出了许多努力，但以前的研究并没有揭示FCI搜索的所有指导原则。本文研究了两粒子问题中的拓扑能带结构与多体问题中的FCI基态之间的关系。我们首先制定的两个粒子问题的玻色子现场相互作用投影到一个给定的紧束缚哈密顿量的最低带。我们引入了一个约化的哈密顿量，其特征值对应于两个粒子的束缚态能量。通过使用约化的哈密顿量，我们定义了两粒子陈氏数，并数值检验了由两粒子陈氏数预测的体-边界对应。然后，我们提出，一个非平凡的两粒子陈氏数的优势带大致表明存在玻色子FCI基态填充因子$ν=1/2$。我们数值研究了这种关系在几个紧束缚模型与陈带，发现它在大多数情况下，虽然两带模型是例外。虽然在以往的研究中，两粒子拓扑结构既不是FCI态的必要条件，也不是充分条件，我们的数值结果表明，两粒子拓扑结构表征的相似程度的ECOH系统。
2022-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Quantum Chernoff Bound metric for the XY model at finite temperature
我们利用热态的量子束缚度规研究了各向异性XY自旋链的有限温度相图。度量元素的分析可以很容易地识别，在不同的缩放与温度，准经典和量子临界区域。这些结果扩展了最近使用Bures度量获得的结果，并表明不同的信息论距离概念可以携带关于具有量子临界点的相互作用多体系统的相图的相同复杂信息。
2007-11-09 quant-ph
Experimental estimation of the quantum Fisher information from randomized measurements
量子费舍尔信息（QFI）是量子物理学中的一个基本概念。一方面，它量化了量子参数估计测量中量子态的量子势。另一方面，它与多体系统的量子几何和多体纠缠有着内在的联系。在这里，我们探讨如何QFI可以通过随机测量估计，这种方法具有适用于纯和混合量子态的优点。在后一种情况下，我们的方法提供了访问子量子费舍尔信息，它设置了一个下界的QFI。我们使用两个平台实验验证了这种方法：金刚石中的氮空位中心自旋和超导量子计算机提供的4量子比特态。我们进一步对一个多体自旋系统进行了数值研究，以说明与量子态层析相比，我们的随机测量方法在估计多体纠缠方面的优势。我们的研究结果突出了我们的方法对一般量子平台的普遍适用性，包括固态自旋系统，超导量子计算机和捕获离子，从而提供了一个多功能的工具来探索QFI在量子物理中的重要作用。
2021-04-01 quant-ph
Statistical learning on randomized data to verify quantum state approximate k-designs
本文提出利用随机投影测量结合最大似然估计与神经网络等统计学习方法，在数据采集规模上高效验证近似量子态k-设计的随机性，并适用于任意能生成量子设计的含噪量子平台。
2025-11-10 quant-ph
Detecting fractional Chern insulators through circular dichroism
超冷原子气体中的拓扑布洛赫带的工程研究是当前的一项重要工作。最近在这一方向上的成就，以及调整粒子间相互作用的可能性，表明在这些系统中很快就会产生强相关态，让人想起分数量子霍尔（Fractional Quantum Hall，简称FWHH）液体。在这个实验框架中，传输测量是有限的，确定明确的签名的SDH型状态本身构成了一个挑战。在这里，我们证明了量子化霍尔电导的分数性质，一个基本特征的H2OH状态，可以检测到在超冷气体通过圆二色性测量，即通过监测能量吸收的原子云后，圆形驱动器。我们通过比较圆二向色性信号与多体陈氏数来验证这种方法，并讨论了如何进行这种测量以区分竞争态和非竞争态。我们的方案为量子工程系统中拓扑有序态的检测提供了一个实用的工具，在固态中具有潜在的应用。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Probing entanglement entropy via randomized measurements
纠缠是多体量子系统的关键特征，在实验室中开发新的工具来探测它是一个突出的挑战。测量量子系统不同分区的熵提供了一种探测其纠缠结构的方法。在这里，我们提出并实验证明了一种新的协议，用于测量熵，基于随机测量之间的统计相关性。我们的实验，进行了一个陷阱离子量子模拟器，证明了系统动力学的整体相干特性，并揭示了其部分之间的纠缠的增长-无论是在没有和存在的混乱。我们的协议代表了一个通用的工具，用于探测和表征工程量子系统在实验室中，适用于任意量子态高达几十个量子比特。
2019-01-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantized single-particle Thouless pump induced by topology transfer from a Chern insulator at finite temperature
量子化的粒子或自旋输运循环参数的变化，由拓扑不变量决定，是一个关键的签名陈绝缘体在基态。虽然存在可测量的多体观测量，在有限温度下也保持拓扑不变量的完整性，但量子化输运通常会丢失。我们在这里表明，在任意有限温度的一维陈氏绝缘体的辅助晶格耦合可以诱导量子化的有限温度不变量所确定的运输。我们显示的一个例子的水稻梅勒模型，一个辅助链中的单个粒子的空间分布移动时，减去空间均匀的偏移，即使在超过带隙的温度下，在一个无间隙的周期由一个量化的单位细胞的数量。
2021-10-23 quant-ph
Wave Functions for Fractional Chern Insulators on Disk Geometry
最近，分数Chern绝缘体（FCI），也称为分数量子反常Hall（FCI）态，已在拓扑平坦带的晶格系统中被理论上建立。这些系统表现出与传统的分数量子霍尔（Fractional Quantum Hall，简称FWHH）系统相似的分数化现象。利用FCI/FAH态与FCI/FAH态之间的映射关系，借助于广义泡利原理（GPP）和Jack多项式，构造了圆盘几何上FCI/FAH态的多体波函数.与精确对角化方法计算的基态相比，即使当Hilbert空间维数为$3\times10^6$时，其波函数重叠度也高于$0.97$.我们还使用GPP和杰克多项式构造边缘激发的费米子FCI/FIGAH状态。费米子FCI/FIGAH系统的准简并序列再现了手征Luttinger液体理论的预测，补充了更大晶格尺寸和更多粒子的精确对角化结果。
2015-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Importance sampling of randomized measurements for probing entanglement
我们表明，将随机测量协议与重要性采样相结合，可以在更大的量子系统中表征纠缠，并且比以前的工作更有效。使用经典的机器学习技术和张量网络，使用部分信息的量子态的统计误差得到大幅减少。在目前工程多体量子系统的实验设置中，这有效地使可以测量纠缠的（子）系统尺寸加倍。特别是，我们显示了所需的测量数量的指数减少，以估计产品状态和GHZ状态的纯度。
2021-11-15 quant-ph
Quantum synchronization and chimera states in a programmable quantum many-body system
RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（RIKEN 涌现物质科学中心）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（RIKEN 量子计算中心）；RIKEN Center for Computational Science (R-CCS)（RIKEN 计算科学中心）；RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR)（RIKEN 先锋研究集群）
该研究在可编程超导量子处理器中观察到对称保护的量子同步和量子奇点态，揭示了多体量子系统中非平衡动态相的实验可实现性。
2026-03-12 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Detecting scrambling via statistical correlations between randomized measurements on an NMR quantum simulator
无序相关器（OTOC）作为量子多体系统中量子信息置乱的一种度量，近年来受到了广泛的关注。OTOC的实验测量是相当具有挑战性的。现有的理论方案包括实施时间反演操作或使用辅助量子系统，因此只有少数实验报告。最近，提出了一种新的协议来检测OTOC使用随机测量之间的统计相关性。在这项工作中，我们使用这种新的测量方法在一个4量子比特的核磁共振量子模拟器上检测了一个kicked-伊辛模型的OTOC。在实验中，我们使用随机哈密顿演化来产生随机OTOC检测协议所需的随机操作。我们的实验结果与理论预测吻合良好，从而证实了协议的可行性。因此，我们的工作代表了一个步骤，探索现实的量子混沌动力学在复杂的量子系统。
2019-03-28 quant-ph
Probing scrambling using statistical correlations between randomized measurements
我们提出并分析了一个协议来研究量子信息扰频使用测量之间的统计相关性，这是从随机初始状态演化量子系统后进行的。我们证明，由此产生的相关性，精确地捕捉到所谓的时间有序的混沌，并可用于探测强相互作用，多体系统中的混沌。我们的协议既不需要逆时间演化，也不需要辅助自由度，并且可以在最先进的量子模拟实验中实现。
2018-12-12 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-th
Mixed-state entanglement from local randomized measurements
提出了一种基于部分转置密度矩阵矩估计的多体混合态二体纠缠检测方法。通过对状态进行局部随机测量，然后使用经典阴影框架进行后处理来获得估计。我们的方法可以应用于任何单量子比特控制的量子系统。我们提供了对所需实验运行次数的详细分析，并使用现有实验数据证明了该方案[Brydges et al，Science 364，260（2019）]。
2020-11-13 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
A randomized measurement toolbox for an interacting Rydberg-atom quantum simulator
本文提出基于随机测量的里德堡原子量子模拟器探测工具箱，利用局部幺正旋转估计纯度与哈密顿量方差，并在SSH模型和淬火XY链中验证其鲁棒性。
2023-09-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quantum Fisher information from randomized measurements
量子费舍尔信息（QFI）是从量子精密测量到量子信息理论等许多领域的重要基本量。它尤其可以作为量子多体系统中多粒子纠缠度的证明。在这项工作中，我们使用多项式的密度矩阵构造单调递增的下界收敛到QFI。使用随机测量，我们提出了一个协议，以准确地估计这些下限在最先进的量子技术平台。我们估计的测量需要达到一个给定的精度和置信水平的界限，并提出了两个例子的应用程序的方法在量子系统的耦合量子位和集体自旋。
2022-01-18 quant-ph
Quantum-Inspired Algorithms from Randomized Numerical Linear Algebra
MIT（麻省理工学院）；IBM Research（IBM研究院）；CMU（卡内基梅隆大学）
我们创建经典的（非量子）动态数据结构支持查询的推荐系统和最小二乘回归，它们的量子类似物。反量化等算法已经收到了一系列的关注，在最近几年，我们得到这些问题的更清晰的界限。更重要的是，我们实现了这些改进，认为以前的量子启发算法对这些问题做杠杆或脊杠杆分数抽样伪装，这些是强大的和标准的技术在随机数值线性代数。有了这种认识，我们能够采用大量的工作在数值线性代数，以获得这些问题的算法，更简单或更快（或两者兼而有之）比现有的方法。我们的实验表明，所提出的数据结构也可以很好地工作在现实世界的数据集。
2022-06-28 cs.DS cs.LG quant-ph
Disentangled topological numbers by a purification of entangled mixed states for non-interacting fermion systems
讨论了最近提出的纠缠Chern数在带隙多体基态绝热变形为{ \it解纠缠/纯化}态时的不变性，这意味着Chern数被划分为子系统（解纠缠Chern数）.我们推广的想法，另一个拓扑数，Z $_2$ Berry相位的系统与粒子-空穴对称性，并将其应用到基态在弱拓扑相位的陈数为零，但基态仍然有边缘状态。这种纠缠Berry相位对于描述具有非平凡边缘态的随机系统特别有用。
2015-03-10 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Thermalization in a closed quantum system from randomized dynamics
Dartmouth College（达特茅斯学院）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
该研究提出在无浴情况下通过随机化动力学计算封闭量子系统热可观测量的方法，并展示了其在自旋链中的应用。
2026-08-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hardware-efficient learning of quantum many-body states
Harvard University（哈佛大学）；Caltech（加州理工学院）
高纠缠多粒子系统的有效表征是量子科学中的一个突出挑战。最近的发展表明，少量的随机测量就足以学习量子多体系统的许多性质。然而，实现这样的测量需要完全控制单个粒子，这在许多实验平台中是不可用的。在这项工作中，我们提出了严格和有效的算法，用于学习系统中的量子多体状态，对单个粒子进行任何程度的控制，包括当每个粒子都受到相同的全局场并且没有额外的辅助粒子时。我们数值证明了我们的算法的有效性，估计能量密度的U（1）格点规范理论和分类拓扑秩序使用非常有限的测量能力。
2022-12-12 cond-mat.str-el cs.LG quant-ph
Scheme to Detect the Strong-to-weak Symmetry Breaking via Randomized Measurements
Fudan University（复旦大学）；Shanghai Qi Zhi Institute（上海人工智能实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出了一种利用随机测量检测强到弱对称破缺的实验方案，并通过数值模拟验证了其有效性。
2025-01-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Realization of Fractional Chern Insulators in the Thin-Torus-Limit with Ultracold Bosons
相互作用多体系统的拓扑态由于其基元激发的奇异性质而成为当前研究的热点。在本文中，我们提出了一个现实的实验装置实现这样一个阶段的一个简单的版本。我们展示了如何三角洲相互作用玻色子跳跃的链接的一维（1D）的梯子可以用来模拟薄环极限的二维（2D）的Hofstadter-哈伯德模型在四分之一的磁通量每个元格。玻色子可以被光学超晶格限制在阶梯形结构中，而合成磁场可以通过远离共振的拉曼光束来实现。我们表明，扭曲的边界条件可以实现，实现分数量化的无源泵浦。利用数值密度矩阵重整化群（DMRG）计算，我们证明了该模型的基态是一个不可压缩的拓扑电荷密度波（CDW）相，与相应的二维模型的1/2 Laughlin型态有关，每个晶格点平均填充$ρ= 1/8$.
2014-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Optimal randomized measurements for a family of non-linear quantum properties
Tsinghua University（清华大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；Technology Innovation Institute（技术创新研究所）
本文提出ORM协议用于估计Tr(Oρ²)，并证明其在大迹范数可观测量上的最优性，同时引入编织随机测量协议以降低实际应用中的电路复杂度。
2026-01-09 cond-mat.other quant-ph
Probing Entanglement Dynamics in the SYK Model using Quantum Computers
University of Dhaka（达卡大学）；University of Kansas（堪萨斯大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；New Mexico State University（新墨西哥州立大学）
本文利用量子计算机研究SYK模型的纠缠熵，通过优化协议和误差缓解技术验证了其在探索复杂量子系统混沌动力学中的能力。
2025-12-16 cond-mat.str-el hep-lat hep-ph
Observing quantum many-body scars in random quantum circuits
本文通过顺序与随机化量子电路模拟低维Schwinger模型，利用其与PXP模型的对应关系识别量子疤痕态，发现非热化部分对随机化更敏感。
2024-05-05 cond-mat.stat-mech hep-lat quant-ph
Entanglement from Topology in Chern-Simons Theory
几何编码纠缠的方式是量子多体物理学和AdS/CFT对偶最近非常感兴趣的话题。这种关系在拓扑量子场论的情况下尤其明显，其中拓扑单独决定理论的量子态。本文研究了三维Chern-Simons理论中的欧氏路径积分所能制备的量子态集合。具体地说，我们考虑任意3-流形与一个固定数量的环面边界的阿贝尔U（1）和非阿贝尔SO（3）的Chern-Simons理论。对于阿贝尔理论，我们发现可以制备的态与量子信息理论中的稳定态集精确一致。这限制了该理论中存在的多体纠缠，但它也揭示了稳定态可以用拓扑来描述。特别是，我们找到了一个明确的表达式的纠缠熵的多环面子系统，只使用一个单一的副本，以及一个具体的公式的GHZ状态，可以从一个三方状态，通过路径集成准备蒸馏。对于非阿贝尔理论，我们发现了一个“状态普适性”的概念，即任何状态都可以准备到任意好的近似。我们考虑的流形也可以被看作是玩具模型的多边界虫洞在AdS/CFT。
2016-11-17 cond-mat.str-el hep-th quant-ph
Chern-number estimation: nearly optimal quantum algorithm and provable quantum speedup
The University of Tokyo（东京大学）；University of Oxford（牛津大学）；The University of Osaka（大阪大学）；Kyoto University（京都大学）
本文提出近乎最优的量子算法估计二维哈密顿量族的陈数，并证明匹配的量子下界及BQP完备性，展示了量子计算在拓扑相表征中的优势。
2026-09-30 quant-ph
Non-identical anyonic algebras from compact-field quantum geometry
Peter Grünberg Institute, Theoretical Nanoelectronics, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林贝格研究所理论纳米电子学）
本文研究了紧致场量子几何如何诱导量化陈耦合，揭示了非相同任意子的交换统计特性，为非局域场理论和量子纠错提供新途径。
2026-08-17 cond-mat.supr-con quant-ph
Crystalline topological invariants in quantum many-body systems
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Maryland（马里兰大学）
本文探讨了晶体对称性如何产生区分物质相的拓扑不变量，重点介绍了二维系统中晶格平移、旋转对称性和电荷守恒的分类与检测方法。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Qubit-Efficient Randomized Quantum Algorithms for Linear Algebra
该研究提出一类无需量子块编码与量子数据结构的随机量子算法，仅需log(N)+1量子比特即可实现矩阵函数采样，还可用于线性系统求解、量子态性质采样及多体系统Green函数计算。
2024-05-20 cs.DS quant-ph
Observation of a symmetry-protected topological phase in external magnetic fields
拓扑相极大地提高了我们对现代物质相概念的理解，超越了对称性破缺的范式，并且不是由局部序参量描述的。相反，表征的拓扑相位需要强大的拓扑不变量，而测量这些全球性的数量提出了一个突出的挑战，特别是在相互作用的系统的实验。在这里，我们报告的实空间观测的一个相互作用的核自旋的拓扑保护相，并探测两个拓扑不同的阶段之间的相互作用引起的转变，这两个都是分类的多体陈数从外部磁场的动力学响应。计算得到的陈数（$\bar{\mathcal{C}h} = 1.958 \pm 0.070$）表明了强的基态简并性，同时也决定了非平凡边缘态的数目.我们的研究结果使量子多体态的拓扑特征的直接表征，通过逐渐减少引入的外场的强度。
2022-08-11 cond-mat.other quant-ph
