論文の概要: Many-body physics in the NISQ era: quantum programming a discrete time
crystal
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.11602v3
- Date: Thu, 23 Sep 2021 01:07:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-08 18:30:31.658802
- Title: Many-body physics in the NISQ era: quantum programming a discrete time
crystal
- Title（参考訳）: NISQ時代の多体物理学--離散時間結晶の量子プログラミング
- Authors: Matteo Ippoliti, Kostyantyn Kechedzhi, Roderich Moessner, S. L.
Sondhi, Vedika Khemani
- Abstract要約: 離散時間結晶相を実現するために,新しい世代の量子シミュレータをプログラムできることを示す。
具体的には、GoogleのSycamoreプロセッサのアーキテクチャは、目前にあるタスクに非常によく似ています。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent progress in the realm of noisy, intermediate scale quantum (NISQ)
devices represents an exciting opportunity for many-body physics, by
introducing new laboratory platforms with unprecedented control and measurement
capabilities. We explore the implications of NISQ platforms for many-body
physics in a practical sense: we ask which {\it physical phenomena}, in the
domain of quantum statistical mechanics, they may realize more readily than
traditional experimental platforms. As a particularly well-suited target, we
identify discrete time crystals (DTCs), novel non-equilibrium states of matter
that break time translation symmetry. These can only be realized in the
intrinsically out-of-equilibrium setting of periodically driven quantum systems
stabilized by disorder induced many-body localization. While precursors of the
DTC have been observed across a variety of experimental platforms - ranging
from trapped ions to nitrogen vacancy centers to NMR crystals - none have
\emph{all} the necessary ingredients for realizing a fully-fledged incarnation
of this phase, and for detecting its signature long-range \emph{spatiotemporal
order}. We show that a new generation of quantum simulators can be programmed
to realize the DTC phase and to experimentally detect its dynamical properties,
a task requiring extensive capabilities for programmability, initialization and
read-out. Specifically, the architecture of Google's Sycamore processor is a
remarkably close match for the task at hand. We also discuss the effects of
environmental decoherence, and how they can be distinguished from `internal'
decoherence coming from closed-system thermalization dynamics. Already with
existing technology and noise levels, we find that DTC spatiotemporal order
would be observable over hundreds of periods, with parametric improvements to
come as the hardware advances.
- Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子(nisq)デバイスの最近の進歩は、前例のない制御と測定能力を備えた新しい実験プラットフォームを導入することで、多体物理学にとってエキサイティングな機会となっている。
量子統計力学の分野において、それらは従来の実験プラットフォームよりも容易に実現できるかもしれない。
特に好適なターゲットとして、時間変換対称性を破る新しい非平衡状態である離散時間結晶(DTC)を同定する。
これらは、乱れによる多体局在によって安定化される周期駆動量子システムの本質的平衡外設定でのみ実現できる。
dtcの前駆体は、閉じ込められたイオンから窒素空洞中心、nmr結晶まで、様々な実験プラットフォームで観察されてきたが、この段階の完全な不完全化を実現するために必要な材料は、いずれも存在せず、そのシグネチャの長い範囲の \emph{spatiotemporal order} を検出するのに必要である。
我々は,新しい世代の量子シミュレータをプログラムし,DTC位相を実現し,その動的特性を実験的に検出できることを示し,プログラム可能性,初期化,読み出しの広範な機能を必要とする課題を示した。
具体的には、GoogleのSycamoreプロセッサのアーキテクチャは、手元にあるタスクに非常に近いものです。
また, 環境デコヒーレンスの影響と, 閉系熱化力学から生じる「内部デコヒーレンス」との違いについても検討した。
既存の技術やノイズレベルとともに、DTCの時空間順序は数百の期間にわたって観測可能であることが分かり、ハードウェアの進歩とともにパラメトリックな改善がもたらされる。
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