Multipartite entanglement in one-dimensional tensor networks in the MPS approximation

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Jafferson Kamphorst Leal da Silva
Raphael Campos Drumond

Resumo

Tensor Networks (TN) provides a useful tool for studying many-body systems. We show the basics of TN notations, and cover the best-known one-dimensional TN ansatz called Matrix Product States (MPS). We explain how a variational algorithm using this MPS approximation can be developed to obtain the ground state of any one-dimensional firstneighbour interaction Hamiltonian. Then, we calculate the ground state of the Quantum Ising Model (QIM)—a toy model for many Quantum Information works—and study how multipartite entanglement is distributed between particles and partitions. We also cover the analytical solution of the QIM, and take a small step toward calculating the ground state on the space of qubits.

Abstract

Redes Tensorias fornecem ferramentas úteis para o estudo de sistemas de muitos corpos. Nesta dissertação mostraremos os conceitos básicos e notação usados nas ferramentas de Redes Tensorias, e cobriremos o mais conhecido ansatz chamado Estados de Produtos de Matrizes. Explicaremos como um algoritmo variacional usando esta aproximação de Estados de Produtos de Matrizes pode ser desenvolvido para obter o estado fundamental de qualquer Hamiltoniano unidimensional com interação de primeiros vizinhos. Então, calcularemos o estado fundamental do Modelo de Ising Quântico—um "modelo de brinquedo" de muitos trabalhos em Informação Quântica—e estudaremos como Emaranhamento Multipartite é distribuído entre partículas e partições. Nós também cobriremos a solução analítica do Modelo de Ising Quântico dando um pequeno passo na direção de representar a solução do estado fundamental no espaço de qubits.

Assunto

Informação quântica, Modelo de Ising

Palavras-chave

Quantum information, Tensor networks, Matrix product states, Quantum Ising model, Multipartite entanglement

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