論文の概要: Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.13571v2
• Date: Wed, 11 Aug 2021 17:19:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 16:52:36.656675
• Title: Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor
• Title（参考訳）: 量子プロセッサ上の時間結晶固有状態秩序の観測
• Authors: Xiao Mi, Matteo Ippoliti, Chris Quintana, Ami Greene, Zijun Chen, Jonathan Gross, Frank Arute, Kunal Arya, Juan Atalaya, Ryan Babbush, Joseph C. Bardin, Joao Basso, Andreas Bengtsson, Alexander Bilmes, Alexandre Bourassa, Leon Brill, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Benjamin Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Dripto Debroy, Sean Demura, Alan R. Derk, Andrew Dunsworth, Daniel Eppens, Catherine Erickson, Edward Farhi, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Jeremy Hilton, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, L. B. Ioffe, Sergei V. Isakov, Justin Iveland, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Tanuj Khattar, Seon Kim, Alexei Kitaev, Paul V. Klimov, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Joonho Lee, Kenny Lee, Aditya Locharla, Erik Lucero, Orion Martin, Jarrod R. McClean, Trevor McCourt, Matt McEwen, Kevin C. Miao, Masoud Mohseni, Shirin Montazeri, Wojciech Mruczkiewicz, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Michael Newman, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O\' Brien, Alex Opremcak, Eric Ostby, Balint Pato, Andre Petukhov, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vladimir Shvarts, Yuan Su, Doug Strain, Marco Szalay, Matthew D. Trevithick, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Juhwan Yoo, Adam Zalcman, Hartmut Neven, Sergio Boixo, Vadim Smelyanskiy, Anthony Megrant, Julian Kelly, Yu Chen, S. L. Sondhi, Roderich Moessner, Kostyantyn Kechedzhi, Vedika Khemani, Pedram Roushan
• Abstract要約: 量子体系は、その低温平衡状態において豊富な相構造を示す。 超伝導量子ビット上の固有状態秩序DTCを実験的に観測する。 結果は、現在の量子プロセッサ上での物質の非平衡相を研究するためのスケーラブルなアプローチを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 80.17270167652622
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum many-body systems display rich phase structure in their low-temperature equilibrium states. However, much of nature is not in thermal equilibrium. Remarkably, it was recently predicted that out-of-equilibrium systems can exhibit novel dynamical phases that may otherwise be forbidden by equilibrium thermodynamics, a paradigmatic example being the discrete time crystal (DTC). Concretely, dynamical phases can be defined in periodically driven many-body localized systems via the concept of eigenstate order. In eigenstate-ordered phases, the entire many-body spectrum exhibits quantum correlations and long-range order, with characteristic signatures in late-time dynamics from all initial states. It is, however, challenging to experimentally distinguish such stable phases from transient phenomena, wherein few select states can mask typical behavior. Here we implement a continuous family of tunable CPHASE gates on an array of superconducting qubits to experimentally observe an eigenstate-ordered DTC. We demonstrate the characteristic spatiotemporal response of a DTC for generic initial states. Our work employs a time-reversal protocol that discriminates external decoherence from intrinsic thermalization, and leverages quantum typicality to circumvent the exponential cost of densely sampling the eigenspectrum. In addition, we locate the phase transition out of the DTC with an experimental finite-size analysis. These results establish a scalable approach to study non-equilibrium phases of matter on current quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系はその低温平衡状態においてリッチな位相構造を示す。 しかし、自然の多くは熱平衡ではない。 注目すべきことに、非平衡系は平衡熱力学(英語版)(DTC)によって禁止される可能性のある新しい動的相を示すことができると最近予測された。 具体的には、動的位相は固有順序の概念を通じて周期的に駆動される多体局所化系で定義することができる。 固有状態整列位相では、全多体スペクトルは量子相関と長距離次数を示し、全ての初期状態からの後期ダイナミクスの特徴的なシグネチャを持つ。 しかし、このような安定相を過渡現象と実験的に区別することは困難であり、典型的な振る舞いを隠ぺいできる状態は少ない。 ここでは、超伝導量子ビットの配列上に可変なCPHASEゲートの連続族を実装し、固有状態順序DTCを実験的に観測する。 汎用初期状態に対するDTCの特徴的時空間応答を示す。 本研究では, 固有スペクトルを高密度にサンプリングする指数的コストを回避するために, 固有熱化から外部デコヒーレンスを識別する時間反転プロトコルを用いる。 さらに、実験的な有限サイズ解析により、DTCから位相遷移を検出する。 これらの結果は、現在の量子プロセッサ上での物質の非平衡相を研究するためのスケーラブルなアプローチを確立する。

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