Subsystem symmetries, quantum cellular automata, and computational phases of quantum matter
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Notice bibliographique
Résumé
Quantum phases of matter are resources for notions of quantum computation. In this work, we establish a new link between concepts of quantum information theory and condensed matter physics by presenting a unified understanding of symmetry-protected topological (SPT) order protected by subsystem symmetries and its relation to measurement-based quantum computation (MBQC). The key unifying ingredient is the concept of quantum cellular automata (QCA) which we use to define subsystem symmetries acting on rigid lower-dimensional lines or fractals on a 2D lattice. Notably, both types of symmetries are treated equivalently in our framework. We show that states within a non-trivial SPT phase protected by these symmetries are indicated by the presence of the same QCA in a tensor network representation of the state, thereby characterizing the structure of entanglement that is uniformly present throughout these phases. By also formulating schemes of MBQC based on these QCA, we are able to prove that most of the phases we construct are computationally universal phases of matter, in which every state is a resource for universal MBQC. Interestingly, our approach allows us to construct computational phases which have practical advantages over previous examples, including a computational speedup. The significance of the approach stems from constructing novel computationally universal phases of matter and showcasing the power of tensor networks and quantum information theory in classifying subsystem SPT order.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle