論文の概要: Probing the Universality of Topological Defect Formation in a Quantum
Annealer: Kibble-Zurek Mechanism and Beyond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.11637v3
- Date: Tue, 26 May 2020 22:03:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-05 02:47:43.502947
- Title: Probing the Universality of Topological Defect Formation in a Quantum
Annealer: Kibble-Zurek Mechanism and Beyond
- Title（参考訳）: 量子アニールにおけるトポロジカル欠陥生成の普遍性:キブル・ズーク機構とそれを超えるもの
- Authors: Yuki Bando, Yuki Susa, Hiroki Oshiyama, Naokazu Shibata, Masayuki
Ohzeki, Fernando Javier G\'omez-Ruiz, Daniel A. Lidar, Adolfo del Campo, Sei
Suzuki, Hidetoshi Nishimori
- Abstract要約: 一次元横フィールドイジングモデルによるトポロジカル欠陥生成の実験的検討について報告する。
位相フリップ誤差を伴う開系量子力学のKZMにより量子シミュレータの結果を実際に説明できることが判明した。
これは、環境からの孤立を仮定する一般化KZM理論の理論的予測が、その元のスコープを越えてオープンシステムに適用されることを意味する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 46.39654665163597
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The number of topological defects created in a system driven through a
quantum phase transition exhibits a power-law scaling with the driving time.
This universal scaling law is the key prediction of the Kibble-Zurek mechanism
(KZM), and testing it using a hardware-based quantum simulator is a coveted
goal of quantum information science. Here we provide such a test using quantum
annealing. Specifically, we report on extensive experimental tests of
topological defect formation via the one-dimensional transverse-field Ising
model on two different D-Wave quantum annealing devices. We find that the
quantum simulator results can indeed be explained by the KZM for open-system
quantum dynamics with phase-flip errors, with certain quantitative deviations
from the theory likely caused by factors such as random control errors and
transient effects. In addition, we probe physics beyond the KZM by identifying
signatures of universality in the distribution and cumulants of the number of
kinks and their decay, and again find agreement with the quantum simulator
results. This implies that the theoretical predictions of the generalized KZM
theory, which assumes isolation from the environment, applies beyond its
original scope to an open system. We support this result by extensive numerical
computations. To check whether an alternative, classical interpretation of
these results is possible, we used the spin-vector Monte Carlo model, a
candidate classical description of the D-Wave device. We find that the degree
of agreement with the experimental data from the D-Wave annealing devices is
better for the KZM, a quantum theory, than for the classical spin-vector Monte
Carlo model, thus favoring a quantum description of the device. Our work
provides an experimental test of quantum critical dynamics in an open quantum
system, and paves the way to new directions in quantum simulation experiments.
- Abstract（参考訳）: 量子相転移を駆動するシステムで生じるトポロジ的欠陥の数は、駆動時間とともにパワー・ロー・スケーリングを示す。
この普遍的なスケーリング法則は、キブルズレック機構(KZM)の鍵となる予測であり、ハードウェアベースの量子シミュレータを使ってそれをテストすることは、量子情報科学の目標である。
ここでは量子アニールを用いた実験を行う。
具体的には、2つの異なるd波量子アニーリングデバイス上での1次元横場イジングモデルによるトポロジカル欠陥形成の実験実験について報告する。
量子シミュレータの結果は、ランダム制御誤差や過渡的効果などの要因によって引き起こされるであろう理論からある程度の量的偏差とともに、位相フリップ誤差を伴うオープンシステム量子力学のkzmによって説明できることがわかった。
さらに,キンク数と崩壊の分布と累積分布における普遍性のシグネチャを同定することでkzmを超える物理学を探索し,量子シミュレータの結果と再び一致する。
これは、環境からの孤立を仮定する一般化KZM理論の理論的予測が、その元のスコープを越えてオープンシステムに適用されることを意味する。
我々はこの結果を広範な数値計算によって支援する。
これらの結果の代替的古典的解釈が可能であるかどうかを確認するために、スピンベクトルモンテカルロモデル(D-Waveデバイスの古典的記述候補)を用いた。
d波アニーリングデバイスから得られた実験データとの一致度は、古典的なスピンベクトルモンテカルロモデルよりも量子理論であるkzmの方が優れており、量子記述が好まれる。
我々の研究は、オープン量子システムにおける量子臨界ダイナミクスの実験的なテストを提供し、量子シミュレーション実験における新しい方向への道を開く。
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