Dalle interazioni fondamentali ai computer quantistici - Elisa Ercolessi
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dalle interazioni fondamentali
ai computer quantistici
Elisa Ercolessi
IS “QUANTUM”
Gruppo di Bologna
TS Coordinatore locale:
MI-CO
BO-Cam
NA-SA BA
CNR
PA-CT
Gruppo di Camerino:
Stefano Mancini (PA), Francisco Revson (Postdoc)
La fisica quantistica
PRIMA RIVOLUZIONE QUANTISTICA
La Meccanica Quantistica ha quasi un secolo di vita.
E non è stata mai smentita.
R. Feynman:
“… I think I can safely say that
nobody understands quantum mechanics…”
SECONDA RIVOLUZIONE QUANTISTICA
Quantum Manifesto
A New Era of Technology May 2016
La Fisica Quantistica è una scienza pienamente
compresa, oramai matura per essere considerata
una RISORSA
per sviluppare metodologie, protocolli e tecnologie
che la fisica classica non consente.
controllo s
singolo oggetto quantistico
fotone
superconduttore
atomo
u
https://qt.eu
PROGETTI (co)-finanziati
“QuantHEP: Quantum Computing Solutions for High Energy Physics”
(QuantERA project, 2020-2023)
“Quantum computing solutions for business-oriented applications”
(Finanziato da iFAB)
Simulatori quantistici
ATOMI/IONI FREDDI INTRAPPOLATI
Manipolazione di singoli atomi/ioni,
intrappolati da un reticolo ottico.
Versatilità:
- geometrie diverse
- velocità di “hopping”
- potenziali on-site e potenziali di interazione variabili
- gradi di libertà interni
- statistiche diverse (bosone, fermioni, …)
Simulazione di una vasta gamma di modelli: High Energy
Field Theory
- sistemi di fisica della materia (isolanti,
superconduttori, materiali topologici, …)
- modelli di meccanica statistica e transizioni
di fase QMB Hamiltonian:
Synthetic Platform:
- modelli di interazioni fondamentali lattice and discrete
spins, cold atoms/ions
gauge dof
- modelli di gravità
Effetti non perturbativi
SIMULAZIONI di TEORIE DI CAMPO su RETICOLO Eccitazioni topologiche
Dinamica in tempo reale
Esempio: simulazioni quantistiche del modello di Schwinger per QED su reticolo
materia
ψx ψx+1
+m sito J -m
Ex,x+1 , Ux,x+1 = e −iAx,x+1
campo e.m.simulazioni numeriche del modello ℤn ( ⊂ U(1)) in 1+1 d
70 m=0.1,g=0.1 hEx,x+1 i
m=0.3,g=0.8
q
2º
m=3.0,g=1.42
+ 3
60
q50 dinamica di
x, x + 1
40 0
q̄30 “string breaking”
20
q (PRD 2018, Quantum 2020)
10 ° 2º
3
0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
ø
fase decon nata
diagramma di fase del modello
fase fase
con termine topologico topologica con nata
(PRB 2019)
fase decon nata
fi
fi
fiComputer quantistici
computer universali basati sul q-bit
e sulla logica quantistica (non binaria)(GAUGE) TEORIE DI CAMPO su RETICOLO come QUANTUM CIRCUITS
ENCODING of the STATES
| ψ⟩ as q-bits
➠
QUANTUM EVOLUTION
e −itH | ψ⟩ as q-gates
➠
MEAN VALUES & CORRELATORS
from q-measurementssimulazioni quantistiche digitali del modello di puro gauge ℤn in 1+1 d (in corso)
simulatore QISKIT di IBM
fase
decon nata
fase
con nata
N.B. NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum) hardware
fi
figrazie per l’attenzione
Pubblicazioni 2018-2020 Giuseppe Magnifico; Marcello Dalmonte; Paolo Facchi; Saverio Pascazio; Francesco V. Pepe; Elisa Ercolessi, Real Time Dynamics and Confinement in the Zn Schwinger-Weyl lattice model for 1+1 QED, «QUANTUM», 2020, 4, pp. 1 - 21 Ghelli, Greta; Magnifico, Giuseppe; Boschi, Cristian Degli Esposti; Ercolessi, Elisa, Topological phases in two-legged Heisenberg ladders with alternating interactions, «PHYSICAL REVIEW. B», 2020, 101, pp. 085124-1 - 085124-10 Botzung, Thomas; Vodola, Davide; Naldesi, Piero; Mьller, Markus; Ercolessi, Elisa; Pupillo, Guido, Algebraic localization from power-law couplings in disordered quantum wires, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 100, pp. 155136-1 - 155136-11 Magnifico, G.; Vodola, D.; Ercolessi, E.; Kumar, S.P.; Mьller, M.; Bermudez, A., Symmetry-protected topological phases in lattice gauge theories: Topological QED2, «PHYSICAL REVIEW D», 2019, 99, pp. 1 - 12 Magnifico G.; Vodola D.; Ercolessi E.; Kumar S.P.; Muller M.; Bermudez A., ZN gauge theories coupled to topological fermions: QED2 with a quantum mechanical θ angle, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 100, pp. 115152-1 - 115152-1 Elisa Ercolessi,Paolo Facchi, Giuseppe Magnifico,Saverio Pascazio, Francesco V. Pepe, Phase transitions in Zn gauge models: Towards quantum simulations of the Schwinger-Weyl QED, «PHYSICAL REVIEW D», 2018, 98, pp. 1 - 16 Amaro, David; Bennett, Jemma; Vodola, Davide; Mьller, Markus, Analytical percolation theory for topological color codes under qubit loss, «PHYSICAL REVIEW A», 2020, 101, pp. 032317-1 - 032317-14 Stricker R.; Vodola D.; Erhard A.; Postler L.; Meth M.; Ringbauer M.; Schindler P.; Monz T.; Muller M.; Blatt R., Experimental deterministic correction of qubit loss, «NATURE», 2020, 585, pp. 207 - 210 Martнnez-Garcнa, F; Vodola, D; Mьller, M, Adaptive Bayesian phase estimation for quantum error correcting codes, «NEW JOURNAL OF PHYSICS», 2019, 21, pp. 1 - 17 [ Vodola D.; Amaro D.; Martin-Delgado M.A.; Muller M., Twins Percolation for Qubit Losses in Topological Color Codes, «PHYSICAL REVIEW LETTERS», 2018, 121, pp. 06050101 - 06050106 Tajima, H., Perali, A. , Pieri, P., BCS-BEC Crossover and Pairing Fluctuations in a Two Band Superfluid/Superconductor: A T Matrix Approach, «CONDENSED MATTER», 2020, 5, pp. 1 - 14 Hiroyuki Tajima, Yuriy Yerin, Pierbiagio Pieri, Andrea Perali, Mechanisms of screening or enhancing the pseudogap throughout the two-band Bardeen-Cooper-Schrieffer to Bose-Einstein condensate crossover, «PHYSICAL REVIEW. B», 2020, 102, pp. 220504-1 - 220504-7 M. Pini, P. Pieri, M. Jaeger, J. Hecker Denschlag, G. Calvanese Strinati, Pair correlations in the normal phase of an attractive Fermi gas, «NEW JOURNAL OF PHYSICS», 2020, 22, pp. 1 - 21 S. Pilati, P. Pieri, Simulating disordered quantum Ising chains via dense and sparse restricted Boltzmann machines, «PHYSICAL REVIEW. E», 2020, 101, pp. 1 - 10 Simonucci, S.; Pieri, P.; Strinati Calvanese, G., Bound states in a superfluid vortex: A detailed study along the BCS-BEC crossover, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 99, pp. 134506-1 - 134506-10 Yuriy Yerin; Hiroyuki Tajima; Pierbiagio Pieri; Andrea Perali, Coexistence of giant Cooper pairs with a bosonic condensate and anomalous behavior of energy gaps in the BCS-BEC crossover of a two-band superfluid Fermi gas, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 100, pp. 1 - 14 Tajima H.; YERIN, YURIY; Perali A.; Pieri P., Enhanced critical temperature, pairing fluctuation effects, and BCS-BEC crossover in a two-band Fermi gas, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 99, pp. 1 - 6 M. Pini; P. Pieri; G. Strinati Calvanese, Fermi gas throughout the BCS-BEC crossover: Comparative study of t-matrix approaches with various degrees of self-consistency, «PHYSICAL REVIEW. B», 2019, 99, pp. 1 - 19 Paintner T.; Hoffmann D. K.; Jдger M.; Limmer W.; Schoch W.; Deissler B.; Pini M.; Pieri P.; G. Strinati Calvanese; Chin C.; Hecker Denschlag J., Pair fraction in a finite-temperature Fermi gas on the BEC side of the BCS-BEC crossover, «PHYSICAL REVIEW A», 2019, 99, pp. 053617-1 - 053617-5 S. Pilati; E. M. Inack; P. Pieri, Self-learning projective quantum Monte Carlo simulations guided by restricted Boltzmann machines, «PHYSICAL REVIEW. E», 2019, 100, pp. 1 - 12 Pilati, S; Pieri, P, Supervised machine learning of ultracold atoms with speckle disorder, «SCIENTIFIC REPORTS», 2019, 9, pp. 1 - 12 Pisani L.; Perali A.; Pieri P.; Strinati Calvanese G., Entanglement between pairing and screening in the Gorkov-Melik-Barkhudarov correction to the critical temperature throughout the BCS-BEC crossover, «PHYSICAL REVIEW. B», 2018, 97, pp. 1 - 19 L. Pisani; P. Pieri; G. Strinati Calvanese, Gap equation with pairing correlations beyond mean field and its equivalence to a Hugenholtz-Pines condition for fermion pairs, «PHYSICAL REVIEW. B», 2018, 98, pp. 1 - 23 Strinati Calvanese G.; Pieri P.; Rцpke G.; Schuck P.; Urban M., The BCS–BEC crossover: From ultra-cold Fermi gases to nuclear systems, «PHYSICS REPORTS», 2018, 738, pp. 1 - 76
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