論文の概要: A scalable superconducting quantum simulator with long-range
connectivity based on a photonic bandgap metamaterial
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.12803v2
- Date: Thu, 18 Aug 2022 20:52:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-07 23:54:59.359958
- Title: A scalable superconducting quantum simulator with long-range
connectivity based on a photonic bandgap metamaterial
- Title（参考訳）: フォトニックバンドギャップメタマテリアルを用いた長距離接続型スケーラブル超伝導量子シミュレータ
- Authors: Xueyue Zhang, Eunjong Kim, Daniel K. Mark, Soonwon Choi, and Oskar
Painter
- Abstract要約: 超伝導フォトニックバンドギャップメタマテリアルに局所的に接続された量子ビットの線形配列に基づく量子シミュレータアーキテクチャを提案する。
メタマテリアルは量子バスとして、量子ビットと量子ビットの相互作用を媒介し、また多重量子ビット状態測定のための読み出しチャネルとして機能する。
我々は、量子多体カオスに基づく測定効率の高いプロトコルを用いて、システムのハミルトニアンを特徴づける。
- 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: Synthesis of many-body quantum systems in the laboratory can help provide
further insight into the emergent behavior of quantum materials, whose
properties may provide improved methods for energy conversion, signal
transport, or information processing. While the majority of engineerable
many-body systems, or quantum simulators, consist of particles on a lattice
with local interactions, quantum systems featuring long-range interactions are
particularly challenging to model and interesting to study due to the rapid
spatio-temporal growth of quantum entanglement and correlations. Here, we
present a scalable quantum simulator architecture based on a linear array of
superconducting qubits locally connected to an extensible photonic-bandgap
metamaterial. The metamaterial acts both as a quantum bus mediating qubit-qubit
interactions, and as a readout channel for multiplexed qubit-state measurement.
As an initial demonstration, we realize a 10-qubit simulator of the
one-dimensional Bose-Hubbard model with in situ tunability of both the hopping
range and the on-site interaction. We characterize the Hamiltonian of the
system using a measurement-efficient protocol based on quantum many-body chaos.
Further, we study the many-body quench dynamics of the system, revealing
through global bit-string statistics the predicted crossover from integrability
to ergodicity as the hopping range increases. The metamaterial quantum bus
architecture presented here can be extended to two-dimensional lattice systems
and used to generate a wide range of qubit interactions, expanding the
accessible Hamiltonians for analog quantum simulation and increasing the
flexibility in implementing quantum circuits for gate-based computations
- Abstract（参考訳）: 実験室における多体量子システムの合成は、エネルギー変換、信号伝達、情報処理の方法を改善する性質を持つ量子材料の創発的挙動に関するさらなる洞察を与えるのに役立つ。
多くの工学的な多体系(量子シミュレータ)は局所的な相互作用を持つ格子上の粒子からなるが、長距離相互作用を特徴とする量子系は特にモデル化が困難であり、量子の絡み合いと相関の急速な時空間成長のために研究が興味深い。
本稿では,拡張可能なフォトニックバンドギャップメタマテリアルと局所に接続された超伝導量子ビットの線形配列に基づくスケーラブルな量子シミュレータアーキテクチャを提案する。
メタマテリアルは量子バスとして機能し、量子ビットと量子ビットの相互作用を媒介する。
最初の実演として,ホッピング範囲とオンサイト相互作用の両方をその場で調整可能な1次元Bose-Hubbardモデルの10キュービットシミュレータを実現する。
量子多体カオスに基づく測定効率の高いプロトコルを用いて,システムのハミルトニアンを特徴付ける。
さらに,本システムにおける多体クエンチのダイナミクスについて検討し,ホッピング範囲が増大するにつれて,可積分性からエルゴディダリティへのクロスオーバーが予測される。
ここで提示されるメタマテリアル量子バスアーキテクチャは、二次元格子系に拡張でき、幅広い量子ビット相互作用を生成するのに使われ、アナログ量子シミュレーションのためのアクセス可能なハミルトニアンを拡張し、ゲートベースの計算のための量子回路の実装の柔軟性を高める。
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