MARC

 008260311s2025        us                                    eng  d
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■040    ▼aMiAaPQD▼beng▼cMiAaPQD▼erda
■082    ▼a530.12
■1001  ▼aMaskara,  Nishad▼eauthor.▼0(orcid)0000-0001-5775-9542
■24510▼aAlgorithms  and  Architectures  for  Quantum  Simulation  With  Neutral-Atom  Arrays  ▼cNishad  Maskara
■260    ▼a[Sl]▼bHarvard  University▼c2025
■264  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a1  electronic  resource  (375  pages)
■336    ▼atext▼btxt▼2rdacontent
■337    ▼acomputer▼bc▼2rdamedia
■338    ▼aonline  resource▼bcr▼2rdacarrier
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisors:  Lukin,  Mikhail    Committee  members:  Sachdev,  Subir;  Anshu,  Anurag.
■5021  ▼bPh.D.▼cHarvard  University▼d2025.
■520    ▼aFast  and  scalable  quantum  simulations  promise  to  revolutionize  our  understanding  of  complex  quantum  systems,  In  this  thesis,  we  primarily  aim  to  develop  algorithms  and  architectures  for  leveraging  programmable  quantum  devices,  to  model  complex  physical  phenomena.  As  quantum  computers  can  natively  capture  superposition  and  entanglement,  two  key  attributes  which  are  challenging  for  classical  computers  to  accurately  model,  this  approach  promises  significant  benefits  in  the  long  run.  We  focus  primarily  on  neutral-atom  arrays,  an  emerging  experimental  platform,  although  many  of  our  results  apply  more  generally  as  well.  The  work  is  structured  into  three  phases,  each  progressively  advancing  the  complexity  and  control  of  considered  experimental  hardware,  and  in  parallel  the  importance  and  applicability  of  the  considered  quantum  simulations.In  the  first  phase  (Chapters  1-3),  we  address  the  challenge  of  programming  and  controlling  quantum  many-body  systems  through  analog  techniques.  Analog  quantum  simulation  utilizes  continuous  control  parameters  to  engineer  desired  quantum  states  and  dynamics.  Chapter  1  introduces  novel  methods  for  steering  entanglement  using  quantum  many-body  scars,  harnessing  special  strongly-interacting  dynamics  to  manipulate  quantum  entanglement  robustly.  Chapter  2  advances  this  approach  by  showing  how  Floquet  engineering  can  be  used  to  systematically  generate  interactions,  and  how  this  enables  sophisticated  control  over  entanglement  and  access  to  novel  quantum  phases.  Chapter  3  integrates  these  developments  into  a  general  framework  for  programming  Hamiltonians  into  analog  quantum  simulators  with  time-reversal  capabilities,  illustrating  the  power  of  programmable  analog  strategies  for  simulations  of  lattice  gauge  theories.The  second  phase  (Chapters  4-6)  shifts  focus  to  topologically  ordered  quantum  states,  known  for  their  exotic  long-range  entanglement  and  fundamental  significance  in  condensed  matter  physics  and  quantum  computation.  Chapter  4  presents  strategies  to  enhance  the  experimental  detection  and  verification  of  topological  order  using  ideas  from  the  renormalization  group.  The  procedure  we  develop,  order  parameters  dressed  by  local  quantum  error  correction,  significantly  improve  the  practical  observability  of  these  delicate  quantum  phases.  In  Chapters  5  and  6,  we  explore  novel  techniques  for  realizing  topological  phases,  by  exploiting  newly  developed  experimental  capabilities,  notably  atom  reconfiguration,  to  achieve  precise  digital  control.  In  particular,  we  show  how  to  engineer  chiral  Floquet  spin  liquids  -  exotic  quantum  phases  exhibiting  robust  quantum  coherence  and  non-Abelian  excitations  -  as  well  as  simulations  of  topological  fermionic  matter.  These  advancements  not  only  illuminate  foundational  physics  but  also  bridge  towards  robust  quantum  error  correction  schemes.The  final  phase  (Chapters  7  and  8)  expands  the  techniques  developed  thus  far  towards  the  simulation  of  increasingly  complex  physical  systems  relevant  to  chemistry  and  materials  science.  Chapter  7  discusses  a  general  framework  for  digital  quantum  simulation  of  effective  spin  models,  prevalent  in  condensed  matter  physics,  introducing  crucial  techniques  for  engineering  and  characterizing  these  Hamiltonians.  Chapter  8  extends  these  insights  by  proving  that  fermionic  quantum  systems,  essential  for  realistic  simulations  of  electronic  structures  in  molecules  and  materials,  can  be  efficiently  encoded  into  qubits.  This  advance  significantly  reduces  computational  complexity  and  opens  pathways  for  genuine  quantum  simulations  of  chemical  systems.Collectively,  these  contributions  represent  substantial  progress  towards  practical  quantum  simulation  with  neutral-atom  quantum  processors,  laying  critical  foundations  for  future  applications  in  physics,  chemistry,  and  quantum  information  science.
■546    ▼aEnglish
■590    ▼aSchool  code:  0084
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aApplied  mathematics
■650  4▼aAtomic  physics
■653    ▼aQuantum  many-body  systems
■653    ▼aLattice  gauge  theories
■653    ▼aQuantum  simulations
■7102  ▼aHarvard  University▼bPhysics.▼edegree  granting  institution.
■7201  ▼aLukin,  Mikhail▼edegree  supervisor.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357775▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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